CA1245598A - Procede de laminage universel integral de profiles metalliques de type poutrelle h ou i - Google Patents
Procede de laminage universel integral de profiles metalliques de type poutrelle h ou iInfo
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Abstract
B R E V E T D ' I N V E N T I O N Procédé de laminage universel intégral de profilés métalliques du type poutrelle H ou I. Invention : MICHAUX Jacques Société Anonyme dite : SACILOR DESCRIPTIF Ce procédé de formage d'une ébauche de profile métallique du type poutrelle, a partir d'une prise de fer a section rectangulaire ou trapézoïdale comprend essentiellement deux phases réalisées en cage universelle : dans les premières passes, une phase de défonçage de la partie devant constituer l'âme, par réduction opérée a l'aide des cylindres horizontaux sur la partie centrale de la prise de fer (1), dans les phases suivantes, une phase de réduction simultanée de l'âme par les cylindres horizontaux, et des ailes par les galets verticaux de la cage universelle, la réduction par les galets verticaux étant plus importante. L'ébauche de poutrelle en formation pendant la seconde phase est laminée dans les cannelures roulantes d'une cage duo selon une séquence d'alternance choisie . Le cas échéant, au cours de la seconde phase, on procède au formage des ailes par fendage et laminage successifs au moyen de galets de profils différents. Figure 2.
Description
L'invention concerne un procédé de laminage universel intégral de profilés d'acier du -type poutrelle H ou I.
Le procédé connu de laminage universel des poutrelles à partir d'une prise de fer de section rectangulaire se caracterise par deux phases distinctes. Lors de la première phase non universelle, la prise de fer est laminée dans une ou plusieurs cages duo (appelées hreak down), à l'aide d'une pluralité de passes faites dans des cannelures fermées ou roulantes, pour être transformée en un demi-produit profilé appelé
os de chien. Lors de la seconde phase universelle, l'os de chien est laminé à l'aide d'une pluralité de passes faites dans des cannelures roulantes universelles et refouleuses, pour être transforme en poutrelle finie de profil H ou I (voir article page 76 de la revue IRON AND STEEL ENGINEER, numéro de mai 1970).
Le procédé connu de laminage universel décrit ci-dessus presente deux inconvenients majeurs. Le premier inconvenient resulte de la nécessité de profiler l'os de chien lors de la première phase dans des cannelures fermées et de faire tourner la barre de 90 en cours de laminage. Cet inconvénient se traduit par une diminution importante de la vitesse de laminage et une consommation élevée en cylindres. Le second inconvenient résulte de l'obligation que l'épaisseur E
p.. . ~
~,~
5S~
- la -de la prise de fer soit supérieure à la hauteur d'aile h' de l'os de chien e-t à la hauteur d'aile H du profil de poutrelle finie. Ce second inconvenient pouvait etre acceptable tant que les prises de fer d'épaisseur E requises etaient produites par des laminoirs blooming alimentes par des lingots. Les bloomings pouvaient en effet delivrer les prises de fer dans les dimensions variables requises par le programme de laminage du train à poutrelles. La production generalisee des prises de fer par la coulee continue fait que ce second inconvënient est devenu prohibitif.
La coulee continue ne permet pas, dans l'etat actuel de son developpement technologique et de la rentabilite de son exploitation, dans tous les cas de couler un bloom assez massif pour qu'un blooming puisse le transformer en autant de prises de fer --,/
_ _~ _ _ _ ~z~s~
de dimensions variables que requises par le programme de laminaged'un train ~ poutrelles. Par ailleurs, l'utilisation d'un blooming diminue la rentabilité procuree par la coulée continue. D'aucuns ont preconise (certificat d'auteur sl~viétique n 174.160 publié le 5 27/8/1965) de laminer des brames de coulée continue dans une cage universelle reversible pour fabriquer des os de chien destinés ~ la production de poutrelles de grande hauteur d'a~me, Outre que ce document ne révèle pas la marche a suivre pour appliquer la recom-mandation faite, la recommandation ne permet pas de faire dispara~tre 10 le second inconvénient du procédé connu de laminage universel de poutrelles, L'épaisseur E de la brame dev~ait en effet toujours e~tre supérieure ou égale a l'épaisseur h' des ailes de l'os de chien et H des ailes du profil fini de pDutrelle. D'autres ont préconisé
(brevet allemand n 744.683 délivré le 22 janvier 1944) le laminage 15 universel à froid d'une prise de fer rectangulaire de petite dimension pour produire des barres a rideaux ou des rails de trains jouets.
Outre que cette publication ne donne guère plus d'explications sur - la marche à suivre que la précédente, on peut également affirmer qu'elle ne donne aucune indication ou suggestion sur la marche à
20 suivre pour éliminer le second inconvénient. Sur les figures 1 et 5 de cette publication, la comparaison de la mesure de l'épaisseur de la prise de fer (figure 1) à celle de la hauteur d'aile du profil fini (figure 5) montre d'ailleurs que l'épaisseur de la prise de fer est supérieure à la hauteur d'ai.le du profil fini. Le 25 second inconvénient du procédé connu de laminage unive.sel des poutrelles n'y est donc pas supprimé. Certains enfin ont préconisé
(brevets fran,cais n 2.346.063 et n 2.464.759) respectivement de pousser une prise de fer entre des cylindres verticaux ou de la laminer entre des cylindres hori~ontaux pour produire un os de chien 30 de hauteur d'aile h' supérieure a l'épaisseur E de la prise de fer.
Si un des buts de ces dernières publications est le même que celui de la présente invention, les méthodes et moyens préc~nisés par elles sont totalement différents.
Un des buts de l'invention est de réduire la consom-35 mation de cylindres tout en augmentant la vitesse de laminage, par un laminage universel intégral d'une prise de fer de section rectan-~2~5~
gulaire, sans passer par le stade intermédiaire de l'os de chienUn autre but est de reduire le nombre de prises de fer de dimensions différen~es nécessaires pour asSurer la production de tous les profils de la gamme d'un train a poutrelles, en permettant, prLncipalement pour le haut de la gamme, c'est-~-dire pour les pDutrelles de grandes hauteurs d'âme ou d'ailes, d'utiliser une prise de fer d'épaisseur et de largeur inférieures DU égales a la hauteur d'ame et hauteur d'ailes du profil fini de poutrelle,afin de rentabiliser la produc-tiDn par cDulée continue des prises de fer, par la diminutiDn du nombre de prises de fer de dimensions différentes nécessaires pour assurer la gamme cDmplète de production d'un train.
Pour atteindre les buts visés, l'invention a pour objet un procédé de lami~age universel intégral des pou~relles H ou I et des installatiDns pDur la mise en Deuvre du procédé.
Le prDcédé de l'invention se compose de deux parties Une première partie de l'invention, qui a pour objet un procédé de laminage universel mettant en oeuvre au moins une cage universelle et une cage duo, est destinée à transformer, a l'aide de cannelures roulantes exclusivement, une prise de fer de section rectangulaire ou trapézoldale en une ébauche de poutrelle. La seconde partie du procédé de l'invention consiste en la mise en Deuvre du prDcédé
connu de laminage universel des poutrelles pour transformer l'ébauche de poutrelle en pautrelle finie.
~a première partie du procédé de l'invention comprend deux phases principales :
- une première phase de défonçage de la partie de prise de fer devant constituer l'ame, opérée à l'aide des cylindres horizontaux de la cage universelle, dans les premières passes, - dans les passes suivantes, une deuxiè~e phase de réductiDn simul-tanée de l'ame par les cylindres horizDntaux et des ailes par lesgalets verticaux.
Dans la première phase, le défoncage préalable de la partie devant constituer l'ame, signifiant une réduction prioritaire de ladite partie au détriment de la réduction des parties devant constituer les ailes, est m des traits caractéristi.ques de l'inven-tion, qui permet, par un dégrossissage rapide initial, de réduire le nombre total de passes Quand le profil a former est symétrique, la pression exercée par les galets verticaux pendant 1Q phase de défoncage n'est souvent qu'indirecte et sert à compenser la reduction de section des parties devant former les ailes ~ la suite du trans-fert de metal des ailes vers l'âme et l'allongement induit par latraction de la partie corroyee. Si le profil est asymétrique, Ll convient, pendant la phase de défon~age, qu'un galet vertical exerce une certaine pression directe complémentaire du coté le plus impor-tant de la section pour que la barre sDrte de la cage dans la direction de laminage. L'autre galet continue de n'exercer qu'une pression indirecte. La pression directe complémentaire est néces-saire pour assurer une réduction de section de la partie la plus importante pour etablir l'équilibre des allongements permettant le laminage.
Dans la seconde phase, on exerce une réduction simul-tanée de l'âme et des ailes; cette fois-ci, les galets verticaux exercent tous deux une pression réductrice directe sur les côtés de l'ébauche de pDutrelle en formation. Dans le cas OLl le rapport de la hauteur des ailes de l'ébauche de poutrelle sur l'épaisseur de la prise de fer 1 est supérieur ou égal à un7 on procède au formage des ailes par fendage et laminage successifs au moyen de galets de profils différents.
Dans le cas où le rapport de la largeur de la chambre de l'ébauche de poutrelle sur l'épaisseur de chaque partie de la prise de fer devant former les ailes est supérieur ou égal a un, on favorisera l'élargissement de la chambre par laminage d'une réserve de métal formée dans l'ame de l'ébauche de poutrelle par un profilage particulier des cylindres horizontaux. Le corroyage de la partie haute des ailes, la bonne symetrisation des profils symétriques et/ou la valeur desiree de chaque demi-aile sont obtenus par laminage en cannelure roulante dans la cage duo normalement associée â la cage universelle. Il est avantageux de placer la cage duo et la cage universelle côte à côte ou sur des axes decalés, plutôt qu'en ligne, pour ne pas être tributaire de contraintes de forme de cannelures ou de sequences de passes.
~2~L~5~3~
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description suivante, faite en réference aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 represente, dans le cas du laminage universel de l'etat de l'art, les sections superposees d'une prise de fer 1 dlépaisseur E et de largeur I" d'un 05 de chien 2 de hauteur d'aile h' et d'une poutrelle finie 3 de hauteur d'aile H.
- La figure 2 représente, dans le cas du procédé de l'in-vention, les sections superposées d'une ~rise de fer 1 d'épaisseur E et de largeur L, d'une ébauche de poutrelle symétrique ~ (d'épaisseur d'aile a, de hauteur d'aile h,de lar~eur L et de largeur de chambre ou hauteur d'â-~e ch),d'une poutrelle finie 3 de hauteur d'aile ~l, la poutrelle finie étant de la même dimension que celle représentee en ~igure 1. A designe la largeur de la partie de prise de fer servant à la formation de l'épaisseur d'aile a.
- Les figures 3A et 3B représentent schématiquement respectivement les deux phases du procedé de l'invention, pour le formage d'une ébauche de poutrelle symetrique.
- Les figures 4A ~ 4C illustrent les taux d'allongement de l'a~me et des ailes, en fonction du nombre N de passes et de leur sequence, d'une part, selon la methode de laminage universel de l'etat de l'art (figure 4A), d'autre part, selon deux applications du procédé de l'invention (figures 4B et 4C).
- Les figures 5A à 5C montrent les demi-sections de trois types de galets verticaux à profil ouvert utilisés par l'inven-tion. Les figures 5A et 5B montrent les profils adaptés au fendagedes ailes conformément au procédé de l'invention. La figure 5C montre le profil des galets finisseurs, de l'etat de l'art - Les figures 6A a 6F illustrent les réductions successives opérées lors de la seconde phase du procédé de l'invention, avec des galets verticaux de profils differents tels que représentés aux figures 5A et 5B.
- Les figures 7A à 7D montrent les profils de cylindres horizontaux de cages universelles permettant la formation de noyaux sur l'âme de l'ébauche de poutrelle 4. (Le profil du seul cylindre superieur est repr~senté, celui du cylindre inferieur étant identigue).
~2~iS~
- Les figures 8A et 8B montrent la cannelure a fond plat utilisee pour ~largir la chambre de l'ebauche de poutrelle ~ noyaux formee dans les cylindres des figures 7A a 7D.
- Les Eigures 9A a 9D représentent l'application sur S des trains difEerents de quatre variantes des phases compl~tes d'un laminage universel intégral de l'invention, depuis la prise de fer jusqu'a l'obtention du profil de poutrelle finie.
- La figure 10 représente schématiquement une sequence de passes dans le groupe préparateur de la figure ~B.
- La figure ll représente une autre variante de séquence de passes dans le groupe préparateur de la figure 9B, dans le cas d'ébauches de pcutrelles dérivées, a hauteur d'aile plus petite.
- La figu.e 12 represente une autre variante de séquence de passes dans le groupe préparateur de la figure 9B, dans le cas d'ébauches de poutrelles élargies avec chambre plus grande.
- La figure 13 représente la premi~re phase du procédé
de l'invention pour le formage d'une ébauche de poutrelle asymétrique, - La figure 14 représente la courbe de K (rapport h/E) en fonction de ~ (rapport Ea/eA~.
Dans le procédé de laminage universel de l'état de l'art (figure l), l'os de chien 2 a une sectiDn grossièrement homo-thétique du prDfil de poutrelle finie 3. On admet généralement dans l'état de l'art que l'épaisseur E de la prise de fer 1 est déter-minante en elle-même pour obtenir la valeur h' de la hauteur d'aile de l'os de chien 1. Il faut que E ~ 1,5 h' et que h' ~ H x 1,1. La figure 2 a la même échelle que la figure 1 fait apparaître clairement un des avantages du procédé de l'invention. L'épaisseur E de la prise de fer 1 est moins grande que celle necessaire dans le procédé
de l'état de l'art. On remarquera également que le procéde de l'invention permet d'élargir les ailes d'une manière notable, puisque les ailes de la poutrelle finie 3 sortent de l'emprise de la section de la prise de fer 1. Dans le procédé de l'invention, l'épaisseur E de la prise de fer 1 peut être couramment, par rapport a l'ébauche de poutrelle 2, dans la relation 0,73 h ~ E ~ 1,15 h et 3; par rapport a la poutrelle finie dans la relation 0,80 H ~ E ~ 1,2 E.
5~
Les figures 3A et 3B représentent schématique~nent les deux phases essentielles du formage d'ébauche de poutrelle conforme a l'invention, dans le cas d'un profil symétrique DaDs la première phase (figure 3A), la prise de fer 1, de section sensiblement rectangulaire (elle pourrait être trapézoidale), passe entre les cylindres horizontaux S, 6 et les galets ver~icaux 7, 8 d'une cage universelle, re~lée de telle sorte que :
- les cylindres horizontaux 5, 6 sont utilisés pour entraîner la prise de fer l en reduisant substantiellement (par exemple jusque dans un rapport d'épaisseur de l/2) la partie dev~nt former l'a~me du profil (periode de défon~age) en plusieurs passages successifs, - les galets verticaux 7, 8 ne sont utiliæés que pour centrer la prise de fer 1 dans le plan vertical de laminage de trace XX, confondu avec le plan de symétrie verticale du profil. Les galets verticaux 7 et 8 empechent l'élargissement résultant du défoncage de l'ame st en compensation de la perte de métal due au transfert d'une partie de celui devant former les ailes vers l'âme et de l'allongement induit par traction. Cette compensation est obtenue par une réduction de ~ a 5~/O de la largeur de la partie de la prise de fer devant former les ailes. Cette diminution de largeur de l'ebauche de poutrelle sert à maintenir sur les flancs des cylindres horizontaux et sur les faces des galets verticaux une cOmpressiDn de la peau du métal laminé suffisante pour éviter le flottement de l'ebauche de poutrelle dans l'emprise des cylindres horizontaux et des galets verticaux. 1e defoncage est profond et successif, il s'effectue en plusieurs passes. L'ecoulement du metal se fait naturellement à travers tout le volume de l'emprise des cylindres horizontaux et des galets verticaux. Il s'établit dans le profil de la barre laminée un taux d'allongement moyen équivalent dans toutes les parties situées de part et d'autre de l'axe de laminage XX, ce qui fait que la direction de la barre a sa sortie des cylindres reste parfaitement centrée sur l'axe de laminage XX.
Dans la seconde phase du procédé de l'invention (figure 3B), les réductions de l'a~me par les cylindres horizonta~x 5, 6 et des ailes par les galets verticaux 7, 8 se font simultanéme~t, en choisissant lfl variation du rapport des taux d'allongement a i5~3 chaque passe pour l'a~me et les ailes de fa~con ~ favor;ser ou non la formation des ailes, leur élargissement ou la réduction de leur hauteur.
Il est notamment avantageux d'utiliser une nouvelle séquence de laminage qui diffère de la sequence connue du laminage universel Dans cette dernière, le taux d'allongement des ailes est, à chaque passe, dans un rapport constant avec le taux d'allongement de l'ame (en général rapport de 1,05) tel qu'illustré en figure /~, où le trait plein indique l'allongement constant de l'ame et les pointilles l'allongement constant ~ des ailes, quel que soit le nombre N de passes. Dans la nouvelle sequence de l'invention, par l'utilisation du principe des allongements variables mettant à profit les fortes épaisseurs des ailes et de l'ame dans les premi~res passes, qui évitent les déchirures ou le plissement dus aux différences d'allongement, on peut choisir plus librement les variations des allongements de l'ame et des ailes au cours des premières passes des deux phases de laminage selon l'invention, en maintenant le taux d'allongement des ailes entre 0,80 et 1,25 fois le taux d'allongement de l'ame. Dans les dernières passes, on revient progressivement à
un rapport des taux dlallongement ailes/amevoisin de 1,05. La varia-tion choisie pour les allongements de l'ame sert de reference pour etablir les allongements de l'aile dans les limites indiquées ci-dessus. La figure 4B illustre ce principe : la courbe pleine indique la variation choisie pour l'allongement ~ de l'a~me en onction du nombre N de passes, les courbes en pointilles montrent les llmites dans lesquelles doit alors se tenir le taux d'allongement des ailes.
Les différents choix possibles du rapport des taux d'allongement ame/ailes permettent, à partir d'une prise de fer de même section, d'obtenir des ébauches de poutrelles et, par conséquent, des profils de poutrelles finies différents. Dans le cas de profils de relati-vement grande largeur d'aile (compte tenu de l'épaisseur de la prise de fer Eh ~ 1), on utilise pour la seconde phase du procédé de l'invention la méthode de formage par fendage et laminage successifs des ailes, en mettant en oeuvre des galets verticaux de profils dif-férents qui laminent tour a tour selon une séquence particulière.
~5S~8 Ainsi, les trois galets verticaux de profils a, b, cde type ouvert mon~rés en demi-proFiLs aux Eigures 5A, 5B, 5C peuvent avantageusement être utilisés selon une séquence telle qu'ilLustrée sur les figures 6A a 6F, où sont repr~sentées en hachures droites les réductions opérees a la passe considérée et en hachures gauches les réductions résultant des passes préc~dentes. On voit que les passes des figures 6A, 6D, 6E sont faites ~ l'aide du galet vertical de profil a de la figure SA, dont le proEil aigu est nettement adapté au fendage profond, celles des figures 6B, 6C, 6F ~ l'aide du galet vertical de profil b de la figure 5B, ces passes pouvant être suivies d'une passe met~ant en oeuvre le galet vertical de profil c de la figure 5C dans la cage finisseuse dont les cylindres horizontaux ont des flancs de même pente pour redonner aux ailes une epaisseur constante. Ces galets de profils différents peuvent se trouver sur plusieurs cages universelles se succédant, ou bien sur une seule cage universelle équipée de porte-galets spéciaux offrant plusieurs profils de galets verticaux. Dans ce dernier cas, les galets de profil apprOprié à la passe faite peuvent etre présentés en position de laminage par sautage des galets dans un plan vertical ou par rotation d'une tourelle. Tandis que la figure 4B commentée ci-dessus mDntrait les taux d'allongement dans la séquence de formation de l'ébauche sans changement de profil des galets verti-caux 7 et 8, la figure 4C montre un graphique analogue pour une séquen~e de formation de l'ébauche de poutrelle avec changement de profil des galets verticaux 7 et 8, selon une séquence de profils telle que : a.a.a./b.b./a.a./b.b.b b b.b /c dans laquelle le signe /
indique un changement de galets après les passes n 3, 5, 7 et 13.
Dans le cas où la largeur (ch) de la chambre des profils est grande (ch ~ 2A), on utiliseraj pendant la première phase de défoncage de l'âme et la seconde phase de réduction s-imultanée de l'âme et des ailes selon le cas, des cylindres horizontaux 5a, 5b, 5c ou 5d (figures 7A a 7D), lesdits cylindres étant profilés de manière â
offrir une ou plusieurs gorges 16 destinées a former une ou plusieurs réserves de métal ou noyaux longitudinaux 17 sur l'âme du profil laminé.
~Z~5S~
I.e défoncage de l'ame se falt alors en me~me temps que se forme une ame profilee particulière comportant ~ur chacune de ses faces un DU plusieurs noyaux D (figure 8B) constituant une sorte de reserve de métal, qui seront ensuite lamines dans la cage duo pourvue d'une cannelure 9 (figure 8A) à fond plat sans flanc en une série de passes précédant le passage final dans la cannelure xoulante formant l'ebauche de poutrelle recherchee. Ainsi, par exemple, dans la séquence de passes représentée a la figure 12, la cannelure 2 est une cannelure de type 9 de la figure 8~.
Les noyaux de metal étant les seules parties de l'ébauche de poutrelle r~duites dans cette série de passes ne peuvent s'allonger naturellement puisqu'elles sont freinées par les parties laterales massives non corroyees devant former les ailes Celles-ci sont alors légèrement réduites sous l'effet de la traction imposée par l'âme L'ébauche de poutrelle s'élargit fortement. Les parties latérales étant libres et non maintenues par les flancs de la canne-lure s'écartent d'autant plus que le volume du ou des noyaux est important~ par rapport au volume final de la partie de l'ame.
~0 La constitution des noyaux est nécessaire pour pouvoir9 à partir d'une cannelure dont la partie plate a une lDngueur définie 1' (cannelure 9 de, figures 8A et 8s ), laminer la surépaisseur des nDyaux par rapport à l'épaisseur de l'ame, sa-ns déformer celle-ci lorsque,l'élargissement s'étant produit,llébauche lO (figure 8B) a une hauteur de chambre ch plus grande que la partie 1'de la canne-lure. A la limite, on peut avoir ch - 1'= 1'- f, f etant la largeur du ou des noyaux constituant la reserve de metal dans l'ébauche.
Cette particularité permet donc, en utilisant des cylindres horizontaux (5a à 5d) de meme largeur mais dont le profilage des noyaux est plus ou moins important, de laminer à partir d'une meme prise de fer 1 (E X L) des ébauches de poutrelles correspondant à des profils de poutrelles finies de largeur de chambre différente et ainsi de réduire la largeur L de la prise de fer 1 nécessaire pour Les profils de poutrelles finies les plus larges.
De plus, on comprend que le developpement des ailes pendant le formage est grandement facilité puisque,si le rapport ~s~
des réductions totales, partie a~me sur partie ailes, diminue, le ~ransfert de metal des parties ailes vers la partie ~me diminue d'autant, de même que l'allongement induit.
Le laminage de l'ébauche de poutrelle en cannelure roulante op~ré en association au fendage des ailes sur cages uni~
verselles se ~ait dans une cage duo refouleuse selon une séquence appropriee de l'alternance des passages actifs dans les deux types de cages, après l'élargissemeat de la chambre par laminage du noyau de l'a~me quand il a lieu, telles les séquences de passes représentées figureslO, 11 et 12 par exemple Cette cage refouleuse duo a pour but de réduire l'ébauche de poutrelle preparee sur la cage universelle à la valeur recherchee pour l'epaisseur de l'ame et la hauteur d'aile pour le laminage final selon le procede connu de laminage universel sur un train de laminoir universel. Cette reduction s'opère en cannelure roulante.
Elle assure :
- un bon corroyage de la partie haute des ailes par réduction directe, - une bonne symetrie de la forme selon le plan horizontal par laminage simultané des ailes et de l'a~me dans une cannelure ayant la profondeur des demi-àiles désirée. La réduction totale est importante et peut atteindre 20%, - une hauteur d'aile de l'ébauche de poutrelle adaptée au profil de poutrelle finie, - une hauteur d'~me adaptée au profil de la poutrelle finie, - une épaisseur d'ame correcte pour la relation e.
Par ailleurs, en placant sur cette cage plusieurs cannelures de même chambre, mais de hauteur d'ailes différentes correspondant aux profils de poutrelles finies dérivés, on obtient les ébauches de poutrelles de la série complète du meme type de profil de poutrelle finie (serie américaine par exemple).
En placant sur cette meme cage des cannelures de profils différents, on réduit le stock de cylindres nécessaire.
En prévoyant un train tel que celui illustre par la figure 9A, on voit que la cage duo 10, qui est placee dans l'axe de la cage universelle 11, ne peut normalement comporter qu'une ~2~55~
seule cannelure roulante, ~ moins d'être ~sauteuse" par exemple, et donc ne peut avoir qu'un passage actif spécifique au cours de la sequence de formage.
C'est pourquoi, comme on le constate sur les trois trains de laminoirs illustrés aux figures 9B, 9C, 9D, on préfère placer la cage duo et la (les) cage(s) universelle(s) côte a côte (figures 9B, 9D) ou du moins sur des axes decalés (figure 9C).
Sur la figure 9B, on a represente symboliquement la prise de fer 1 obtenue par exemple en coulée continue, ~ l'entree du groupe ébaucheur selon l'invention constitué de ia cage univer-selle 11 et de la cage duo 10 placees côte a côte. Les flèches 12 symbolisent les passages de la barre entre les cages 11 et 10 pendant la deuxième phase du procedé de l'invention.
Dans cette disposition, la sequence de laminage peut, comme illustre schématiquement en figure 10~ ê~re de h~i~
passa~es sur la cage universelle ll et,après transfert amont,un passage final dans la cannelure médiane d' de la cage duo 10 pour assurer le profil final correct de l'ébauche.
Dans le cas de profils dérivés de hauteurs d'ailes différentes, la sequence pourra être, comme illustré en figure 11, de cinq passages sur la cage universelle, un transfert aval vers la cage duo 10 pour un passage dans une cannelure d, un transfert amont pour un aller et retour sur la cage universelle ll, et un transfert amont sur la cage duo 10 pour le passage final dans la cannelure d".
Dans le cas de profilés avec ~largissement de la chambre (figure 12), les passes d'elargissement se feront dans la canne-lure e juste avant l~e passage final dans la cannelure f de l'ebauche de poutrelle recherchée.
On se reportera a nouveau ~ la figure 9B. De façon classique, une fois l'ebauche de poutrelle convenable obtenue, le laminage se poursuivra ensuite selon le procéde universel de l'état de l'art dans des cages universelles et refouleuses, selon les etapes degrossisseuse 13, intermediaire 14 et finisseuse 15, jusqu'a l'obtention du profile de poutrelle finie, s~
Le scllema de la figure 9C se distingue de celui de la figure 9B, en ce qu'on utilise les deux cages universelles 11 e~ 11' d'un tandem dont la cage duo 10 est désaxée, pour réaliser le formage de l'invention.
Le schéma de la figure 9D se dis~ingue de celui de la figure 9B, en ce qu'on dégrossit l'ébauche de poutrelle forrnée selon l'invention dans un groupe tandem 13'.
Le procédé qu'on vient d'expliquer pour les profils symétriques vaut également pour les profils asymétriques dérivés des poutrelles par epaississement d'une aile par rapport ~ l'autre ou par diminution ou augmentation de la hauteur de l'une par rapport à l'autre, ou par la combinaison de ces deux points.
Cependant, il convient alors de tenir compte des phénomènes suivants :
Lors du défon,cage asymétrique illustr~ sur la figure 13, l'axe de fendage XX ne coincide plus avec l'axe de symétrie X'X' de la prise de fer l. L'écoulement du métal a travers le volume de l'emprise des cylindres horizontaux et des galets verticaux n'est pas le même que dans le défon,cage d'un profil symétrique parce que les parties de profil situées de part et d'autre de l'axe XX de fendage ne sont plus semblables.
Le taux moyen d'allongement ne s'établit plus de manière équivalente de part et d'autre de l'axe ~X.
L'écoulement du métal se fait selon une direction s'éloignant plus ou moins de l:axe de laminage selon que l'écart des volumes situés de part et d'autre de l'axe de Eendage est plu~
ou moins important.
La direction de sortie de la barre diverge du plan de laminage. On dit que la barre "fauche".
Pour rétablir la coincidence de la direction de sortie et de l'axe de laminage, il faut provoquer un allongement complé-mentaire par une réduction supplémentaire dans la partie de la section initiaLe la plus forte, comme le montre la figure 13, où
le galet vertical 7 exerce une certaine pression directe destinée ~ rétablir l'équilibre, tandis que le galet vertical 8 n'exerce toujours pas de pression directe.
.
~ .
5S~
1~
D~ns la pratique, pour appliquer les réducti~ns compl~mentaires necessaires, il faut les intégrer dans les conditions d'equilibre du système des Eorces de laminage en choisissant d'agir sur les differents paramètres qui les regissent. Les param~tres les plus utiles à considérer sont les diamètres des cylindres, ceux des galetS et notamment leur rapport, le tau~ de pression et de reduction et le coefficient d'ecoulement.
En résumé, il faut respecter les conditions de stabilité
du profil dans l'emprise Lors de la deuxième phase du procédé, il convient de réaliser l'equilibre des allongements de part et d'autre du plan vertical de laminage XX. Il faut que les efforts latéraux auxquels est soumise l'ebauche de poutrelle par l'action des galets verticaux soient égaux ou que la poussee laterale qui résulte de laur différence - qu'on à intérêt à minimaliser en jouant sur les paramètres - soit transmise et absorbée Ainsi qu'on l'a dit, le procédé de l'invention se caractérise en ce qu'on favorise dans les premières passes le défonçage de la partie devant constituer l'ame du profil au détriment des parties devant constituer les ailes du profil, alors que les épaisseurs sont encore importantes, ceci pour minimiser les efforts latéraux tout en cherchant à les équilibrer, et augmenter rapidement les possibilités de réaction latérale des cylindres horizontau~ en fonction de la hauteur d'emprise de leurs flancs qui augmente a chaque passe. La prise de fer 1 doit être parfaitement centrée dans le plan vertical de laminage.
Dans le procédé de l'invention, les valeurs E X L de la prise de fer 1 pour obtenir l'ébauche de poutrelle convenable pour le profil de poutrelle iinie dependent de la méthode choisie :
a) méthode de dégrossissage universel intégral b) méthode de dégrossissage universel intégral avec fendage des ailes c) methode de dégrossissage universel intégral avec élargissement de la chambre d) méthode combinée associant les trois précédentes Dans toutes ces méthodes, on retient comme critère de choix et de calcul le rapport ~ qui est le quotient des rati~ de réduction d'épaisseur, d'une part, de la partie devant former l'ame :
~Z~i5~
~, ame = ~
d'autre part, des parties devant former les ailes :
aile = -l = ~ ame = e l aile A
Ce rapport ~ permet de définir pour des profils de meme chambre ch un coefficient K representant la variation de la valeur de la hauteur h des ailes de l'ébauche de poutrelle par rapport a l'epaisseur E de la prise de fer 1 :
K = hE
La pratique des differentes méthodes permet dlétablir pour chacune d'elles la courbe des valeurs de K - Kl - K2 - etc.
(figure 14).
On voit ainsi que :
E = K
L = 2A + ch Dans l'application du procede, les cylindres horlzontaux qui sont moteurs doivent toujours entraîner le produit en exercant dans l'a~me une certaine reduction.
Pour que le laminage soit possible, d'une manière généraIe on admettra pour limites d'application :
1 - reduction de l'ame : 2 ~ e ~ 6
Le procédé connu de laminage universel des poutrelles à partir d'une prise de fer de section rectangulaire se caracterise par deux phases distinctes. Lors de la première phase non universelle, la prise de fer est laminée dans une ou plusieurs cages duo (appelées hreak down), à l'aide d'une pluralité de passes faites dans des cannelures fermées ou roulantes, pour être transformée en un demi-produit profilé appelé
os de chien. Lors de la seconde phase universelle, l'os de chien est laminé à l'aide d'une pluralité de passes faites dans des cannelures roulantes universelles et refouleuses, pour être transforme en poutrelle finie de profil H ou I (voir article page 76 de la revue IRON AND STEEL ENGINEER, numéro de mai 1970).
Le procédé connu de laminage universel décrit ci-dessus presente deux inconvenients majeurs. Le premier inconvenient resulte de la nécessité de profiler l'os de chien lors de la première phase dans des cannelures fermées et de faire tourner la barre de 90 en cours de laminage. Cet inconvénient se traduit par une diminution importante de la vitesse de laminage et une consommation élevée en cylindres. Le second inconvenient résulte de l'obligation que l'épaisseur E
p.. . ~
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5S~
- la -de la prise de fer soit supérieure à la hauteur d'aile h' de l'os de chien e-t à la hauteur d'aile H du profil de poutrelle finie. Ce second inconvenient pouvait etre acceptable tant que les prises de fer d'épaisseur E requises etaient produites par des laminoirs blooming alimentes par des lingots. Les bloomings pouvaient en effet delivrer les prises de fer dans les dimensions variables requises par le programme de laminage du train à poutrelles. La production generalisee des prises de fer par la coulee continue fait que ce second inconvënient est devenu prohibitif.
La coulee continue ne permet pas, dans l'etat actuel de son developpement technologique et de la rentabilite de son exploitation, dans tous les cas de couler un bloom assez massif pour qu'un blooming puisse le transformer en autant de prises de fer --,/
_ _~ _ _ _ ~z~s~
de dimensions variables que requises par le programme de laminaged'un train ~ poutrelles. Par ailleurs, l'utilisation d'un blooming diminue la rentabilité procuree par la coulée continue. D'aucuns ont preconise (certificat d'auteur sl~viétique n 174.160 publié le 5 27/8/1965) de laminer des brames de coulée continue dans une cage universelle reversible pour fabriquer des os de chien destinés ~ la production de poutrelles de grande hauteur d'a~me, Outre que ce document ne révèle pas la marche a suivre pour appliquer la recom-mandation faite, la recommandation ne permet pas de faire dispara~tre 10 le second inconvénient du procédé connu de laminage universel de poutrelles, L'épaisseur E de la brame dev~ait en effet toujours e~tre supérieure ou égale a l'épaisseur h' des ailes de l'os de chien et H des ailes du profil fini de pDutrelle. D'autres ont préconisé
(brevet allemand n 744.683 délivré le 22 janvier 1944) le laminage 15 universel à froid d'une prise de fer rectangulaire de petite dimension pour produire des barres a rideaux ou des rails de trains jouets.
Outre que cette publication ne donne guère plus d'explications sur - la marche à suivre que la précédente, on peut également affirmer qu'elle ne donne aucune indication ou suggestion sur la marche à
20 suivre pour éliminer le second inconvénient. Sur les figures 1 et 5 de cette publication, la comparaison de la mesure de l'épaisseur de la prise de fer (figure 1) à celle de la hauteur d'aile du profil fini (figure 5) montre d'ailleurs que l'épaisseur de la prise de fer est supérieure à la hauteur d'ai.le du profil fini. Le 25 second inconvénient du procédé connu de laminage unive.sel des poutrelles n'y est donc pas supprimé. Certains enfin ont préconisé
(brevets fran,cais n 2.346.063 et n 2.464.759) respectivement de pousser une prise de fer entre des cylindres verticaux ou de la laminer entre des cylindres hori~ontaux pour produire un os de chien 30 de hauteur d'aile h' supérieure a l'épaisseur E de la prise de fer.
Si un des buts de ces dernières publications est le même que celui de la présente invention, les méthodes et moyens préc~nisés par elles sont totalement différents.
Un des buts de l'invention est de réduire la consom-35 mation de cylindres tout en augmentant la vitesse de laminage, par un laminage universel intégral d'une prise de fer de section rectan-~2~5~
gulaire, sans passer par le stade intermédiaire de l'os de chienUn autre but est de reduire le nombre de prises de fer de dimensions différen~es nécessaires pour asSurer la production de tous les profils de la gamme d'un train a poutrelles, en permettant, prLncipalement pour le haut de la gamme, c'est-~-dire pour les pDutrelles de grandes hauteurs d'âme ou d'ailes, d'utiliser une prise de fer d'épaisseur et de largeur inférieures DU égales a la hauteur d'ame et hauteur d'ailes du profil fini de poutrelle,afin de rentabiliser la produc-tiDn par cDulée continue des prises de fer, par la diminutiDn du nombre de prises de fer de dimensions différentes nécessaires pour assurer la gamme cDmplète de production d'un train.
Pour atteindre les buts visés, l'invention a pour objet un procédé de lami~age universel intégral des pou~relles H ou I et des installatiDns pDur la mise en Deuvre du procédé.
Le prDcédé de l'invention se compose de deux parties Une première partie de l'invention, qui a pour objet un procédé de laminage universel mettant en oeuvre au moins une cage universelle et une cage duo, est destinée à transformer, a l'aide de cannelures roulantes exclusivement, une prise de fer de section rectangulaire ou trapézoldale en une ébauche de poutrelle. La seconde partie du procédé de l'invention consiste en la mise en Deuvre du prDcédé
connu de laminage universel des poutrelles pour transformer l'ébauche de poutrelle en pautrelle finie.
~a première partie du procédé de l'invention comprend deux phases principales :
- une première phase de défonçage de la partie de prise de fer devant constituer l'ame, opérée à l'aide des cylindres horizontaux de la cage universelle, dans les premières passes, - dans les passes suivantes, une deuxiè~e phase de réductiDn simul-tanée de l'ame par les cylindres horizDntaux et des ailes par lesgalets verticaux.
Dans la première phase, le défoncage préalable de la partie devant constituer l'ame, signifiant une réduction prioritaire de ladite partie au détriment de la réduction des parties devant constituer les ailes, est m des traits caractéristi.ques de l'inven-tion, qui permet, par un dégrossissage rapide initial, de réduire le nombre total de passes Quand le profil a former est symétrique, la pression exercée par les galets verticaux pendant 1Q phase de défoncage n'est souvent qu'indirecte et sert à compenser la reduction de section des parties devant former les ailes ~ la suite du trans-fert de metal des ailes vers l'âme et l'allongement induit par latraction de la partie corroyee. Si le profil est asymétrique, Ll convient, pendant la phase de défon~age, qu'un galet vertical exerce une certaine pression directe complémentaire du coté le plus impor-tant de la section pour que la barre sDrte de la cage dans la direction de laminage. L'autre galet continue de n'exercer qu'une pression indirecte. La pression directe complémentaire est néces-saire pour assurer une réduction de section de la partie la plus importante pour etablir l'équilibre des allongements permettant le laminage.
Dans la seconde phase, on exerce une réduction simul-tanée de l'âme et des ailes; cette fois-ci, les galets verticaux exercent tous deux une pression réductrice directe sur les côtés de l'ébauche de pDutrelle en formation. Dans le cas OLl le rapport de la hauteur des ailes de l'ébauche de poutrelle sur l'épaisseur de la prise de fer 1 est supérieur ou égal à un7 on procède au formage des ailes par fendage et laminage successifs au moyen de galets de profils différents.
Dans le cas où le rapport de la largeur de la chambre de l'ébauche de poutrelle sur l'épaisseur de chaque partie de la prise de fer devant former les ailes est supérieur ou égal a un, on favorisera l'élargissement de la chambre par laminage d'une réserve de métal formée dans l'ame de l'ébauche de poutrelle par un profilage particulier des cylindres horizontaux. Le corroyage de la partie haute des ailes, la bonne symetrisation des profils symétriques et/ou la valeur desiree de chaque demi-aile sont obtenus par laminage en cannelure roulante dans la cage duo normalement associée â la cage universelle. Il est avantageux de placer la cage duo et la cage universelle côte à côte ou sur des axes decalés, plutôt qu'en ligne, pour ne pas être tributaire de contraintes de forme de cannelures ou de sequences de passes.
~2~L~5~3~
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description suivante, faite en réference aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 represente, dans le cas du laminage universel de l'etat de l'art, les sections superposees d'une prise de fer 1 dlépaisseur E et de largeur I" d'un 05 de chien 2 de hauteur d'aile h' et d'une poutrelle finie 3 de hauteur d'aile H.
- La figure 2 représente, dans le cas du procédé de l'in-vention, les sections superposées d'une ~rise de fer 1 d'épaisseur E et de largeur L, d'une ébauche de poutrelle symétrique ~ (d'épaisseur d'aile a, de hauteur d'aile h,de lar~eur L et de largeur de chambre ou hauteur d'â-~e ch),d'une poutrelle finie 3 de hauteur d'aile ~l, la poutrelle finie étant de la même dimension que celle représentee en ~igure 1. A designe la largeur de la partie de prise de fer servant à la formation de l'épaisseur d'aile a.
- Les figures 3A et 3B représentent schématiquement respectivement les deux phases du procedé de l'invention, pour le formage d'une ébauche de poutrelle symetrique.
- Les figures 4A ~ 4C illustrent les taux d'allongement de l'a~me et des ailes, en fonction du nombre N de passes et de leur sequence, d'une part, selon la methode de laminage universel de l'etat de l'art (figure 4A), d'autre part, selon deux applications du procédé de l'invention (figures 4B et 4C).
- Les figures 5A à 5C montrent les demi-sections de trois types de galets verticaux à profil ouvert utilisés par l'inven-tion. Les figures 5A et 5B montrent les profils adaptés au fendagedes ailes conformément au procédé de l'invention. La figure 5C montre le profil des galets finisseurs, de l'etat de l'art - Les figures 6A a 6F illustrent les réductions successives opérées lors de la seconde phase du procédé de l'invention, avec des galets verticaux de profils differents tels que représentés aux figures 5A et 5B.
- Les figures 7A à 7D montrent les profils de cylindres horizontaux de cages universelles permettant la formation de noyaux sur l'âme de l'ébauche de poutrelle 4. (Le profil du seul cylindre superieur est repr~senté, celui du cylindre inferieur étant identigue).
~2~iS~
- Les figures 8A et 8B montrent la cannelure a fond plat utilisee pour ~largir la chambre de l'ebauche de poutrelle ~ noyaux formee dans les cylindres des figures 7A a 7D.
- Les Eigures 9A a 9D représentent l'application sur S des trains difEerents de quatre variantes des phases compl~tes d'un laminage universel intégral de l'invention, depuis la prise de fer jusqu'a l'obtention du profil de poutrelle finie.
- La figure 10 représente schématiquement une sequence de passes dans le groupe préparateur de la figure ~B.
- La figure ll représente une autre variante de séquence de passes dans le groupe préparateur de la figure 9B, dans le cas d'ébauches de pcutrelles dérivées, a hauteur d'aile plus petite.
- La figu.e 12 represente une autre variante de séquence de passes dans le groupe préparateur de la figure 9B, dans le cas d'ébauches de poutrelles élargies avec chambre plus grande.
- La figure 13 représente la premi~re phase du procédé
de l'invention pour le formage d'une ébauche de poutrelle asymétrique, - La figure 14 représente la courbe de K (rapport h/E) en fonction de ~ (rapport Ea/eA~.
Dans le procédé de laminage universel de l'état de l'art (figure l), l'os de chien 2 a une sectiDn grossièrement homo-thétique du prDfil de poutrelle finie 3. On admet généralement dans l'état de l'art que l'épaisseur E de la prise de fer 1 est déter-minante en elle-même pour obtenir la valeur h' de la hauteur d'aile de l'os de chien 1. Il faut que E ~ 1,5 h' et que h' ~ H x 1,1. La figure 2 a la même échelle que la figure 1 fait apparaître clairement un des avantages du procédé de l'invention. L'épaisseur E de la prise de fer 1 est moins grande que celle necessaire dans le procédé
de l'état de l'art. On remarquera également que le procéde de l'invention permet d'élargir les ailes d'une manière notable, puisque les ailes de la poutrelle finie 3 sortent de l'emprise de la section de la prise de fer 1. Dans le procédé de l'invention, l'épaisseur E de la prise de fer 1 peut être couramment, par rapport a l'ébauche de poutrelle 2, dans la relation 0,73 h ~ E ~ 1,15 h et 3; par rapport a la poutrelle finie dans la relation 0,80 H ~ E ~ 1,2 E.
5~
Les figures 3A et 3B représentent schématique~nent les deux phases essentielles du formage d'ébauche de poutrelle conforme a l'invention, dans le cas d'un profil symétrique DaDs la première phase (figure 3A), la prise de fer 1, de section sensiblement rectangulaire (elle pourrait être trapézoidale), passe entre les cylindres horizontaux S, 6 et les galets ver~icaux 7, 8 d'une cage universelle, re~lée de telle sorte que :
- les cylindres horizontaux 5, 6 sont utilisés pour entraîner la prise de fer l en reduisant substantiellement (par exemple jusque dans un rapport d'épaisseur de l/2) la partie dev~nt former l'a~me du profil (periode de défon~age) en plusieurs passages successifs, - les galets verticaux 7, 8 ne sont utiliæés que pour centrer la prise de fer 1 dans le plan vertical de laminage de trace XX, confondu avec le plan de symétrie verticale du profil. Les galets verticaux 7 et 8 empechent l'élargissement résultant du défoncage de l'ame st en compensation de la perte de métal due au transfert d'une partie de celui devant former les ailes vers l'âme et de l'allongement induit par traction. Cette compensation est obtenue par une réduction de ~ a 5~/O de la largeur de la partie de la prise de fer devant former les ailes. Cette diminution de largeur de l'ebauche de poutrelle sert à maintenir sur les flancs des cylindres horizontaux et sur les faces des galets verticaux une cOmpressiDn de la peau du métal laminé suffisante pour éviter le flottement de l'ebauche de poutrelle dans l'emprise des cylindres horizontaux et des galets verticaux. 1e defoncage est profond et successif, il s'effectue en plusieurs passes. L'ecoulement du metal se fait naturellement à travers tout le volume de l'emprise des cylindres horizontaux et des galets verticaux. Il s'établit dans le profil de la barre laminée un taux d'allongement moyen équivalent dans toutes les parties situées de part et d'autre de l'axe de laminage XX, ce qui fait que la direction de la barre a sa sortie des cylindres reste parfaitement centrée sur l'axe de laminage XX.
Dans la seconde phase du procédé de l'invention (figure 3B), les réductions de l'a~me par les cylindres horizonta~x 5, 6 et des ailes par les galets verticaux 7, 8 se font simultanéme~t, en choisissant lfl variation du rapport des taux d'allongement a i5~3 chaque passe pour l'a~me et les ailes de fa~con ~ favor;ser ou non la formation des ailes, leur élargissement ou la réduction de leur hauteur.
Il est notamment avantageux d'utiliser une nouvelle séquence de laminage qui diffère de la sequence connue du laminage universel Dans cette dernière, le taux d'allongement des ailes est, à chaque passe, dans un rapport constant avec le taux d'allongement de l'ame (en général rapport de 1,05) tel qu'illustré en figure /~, où le trait plein indique l'allongement constant de l'ame et les pointilles l'allongement constant ~ des ailes, quel que soit le nombre N de passes. Dans la nouvelle sequence de l'invention, par l'utilisation du principe des allongements variables mettant à profit les fortes épaisseurs des ailes et de l'ame dans les premi~res passes, qui évitent les déchirures ou le plissement dus aux différences d'allongement, on peut choisir plus librement les variations des allongements de l'ame et des ailes au cours des premières passes des deux phases de laminage selon l'invention, en maintenant le taux d'allongement des ailes entre 0,80 et 1,25 fois le taux d'allongement de l'ame. Dans les dernières passes, on revient progressivement à
un rapport des taux dlallongement ailes/amevoisin de 1,05. La varia-tion choisie pour les allongements de l'ame sert de reference pour etablir les allongements de l'aile dans les limites indiquées ci-dessus. La figure 4B illustre ce principe : la courbe pleine indique la variation choisie pour l'allongement ~ de l'a~me en onction du nombre N de passes, les courbes en pointilles montrent les llmites dans lesquelles doit alors se tenir le taux d'allongement des ailes.
Les différents choix possibles du rapport des taux d'allongement ame/ailes permettent, à partir d'une prise de fer de même section, d'obtenir des ébauches de poutrelles et, par conséquent, des profils de poutrelles finies différents. Dans le cas de profils de relati-vement grande largeur d'aile (compte tenu de l'épaisseur de la prise de fer Eh ~ 1), on utilise pour la seconde phase du procédé de l'invention la méthode de formage par fendage et laminage successifs des ailes, en mettant en oeuvre des galets verticaux de profils dif-férents qui laminent tour a tour selon une séquence particulière.
~5S~8 Ainsi, les trois galets verticaux de profils a, b, cde type ouvert mon~rés en demi-proFiLs aux Eigures 5A, 5B, 5C peuvent avantageusement être utilisés selon une séquence telle qu'ilLustrée sur les figures 6A a 6F, où sont repr~sentées en hachures droites les réductions opérees a la passe considérée et en hachures gauches les réductions résultant des passes préc~dentes. On voit que les passes des figures 6A, 6D, 6E sont faites ~ l'aide du galet vertical de profil a de la figure SA, dont le proEil aigu est nettement adapté au fendage profond, celles des figures 6B, 6C, 6F ~ l'aide du galet vertical de profil b de la figure 5B, ces passes pouvant être suivies d'une passe met~ant en oeuvre le galet vertical de profil c de la figure 5C dans la cage finisseuse dont les cylindres horizontaux ont des flancs de même pente pour redonner aux ailes une epaisseur constante. Ces galets de profils différents peuvent se trouver sur plusieurs cages universelles se succédant, ou bien sur une seule cage universelle équipée de porte-galets spéciaux offrant plusieurs profils de galets verticaux. Dans ce dernier cas, les galets de profil apprOprié à la passe faite peuvent etre présentés en position de laminage par sautage des galets dans un plan vertical ou par rotation d'une tourelle. Tandis que la figure 4B commentée ci-dessus mDntrait les taux d'allongement dans la séquence de formation de l'ébauche sans changement de profil des galets verti-caux 7 et 8, la figure 4C montre un graphique analogue pour une séquen~e de formation de l'ébauche de poutrelle avec changement de profil des galets verticaux 7 et 8, selon une séquence de profils telle que : a.a.a./b.b./a.a./b.b.b b b.b /c dans laquelle le signe /
indique un changement de galets après les passes n 3, 5, 7 et 13.
Dans le cas où la largeur (ch) de la chambre des profils est grande (ch ~ 2A), on utiliseraj pendant la première phase de défoncage de l'âme et la seconde phase de réduction s-imultanée de l'âme et des ailes selon le cas, des cylindres horizontaux 5a, 5b, 5c ou 5d (figures 7A a 7D), lesdits cylindres étant profilés de manière â
offrir une ou plusieurs gorges 16 destinées a former une ou plusieurs réserves de métal ou noyaux longitudinaux 17 sur l'âme du profil laminé.
~Z~5S~
I.e défoncage de l'ame se falt alors en me~me temps que se forme une ame profilee particulière comportant ~ur chacune de ses faces un DU plusieurs noyaux D (figure 8B) constituant une sorte de reserve de métal, qui seront ensuite lamines dans la cage duo pourvue d'une cannelure 9 (figure 8A) à fond plat sans flanc en une série de passes précédant le passage final dans la cannelure xoulante formant l'ebauche de poutrelle recherchee. Ainsi, par exemple, dans la séquence de passes représentée a la figure 12, la cannelure 2 est une cannelure de type 9 de la figure 8~.
Les noyaux de metal étant les seules parties de l'ébauche de poutrelle r~duites dans cette série de passes ne peuvent s'allonger naturellement puisqu'elles sont freinées par les parties laterales massives non corroyees devant former les ailes Celles-ci sont alors légèrement réduites sous l'effet de la traction imposée par l'âme L'ébauche de poutrelle s'élargit fortement. Les parties latérales étant libres et non maintenues par les flancs de la canne-lure s'écartent d'autant plus que le volume du ou des noyaux est important~ par rapport au volume final de la partie de l'ame.
~0 La constitution des noyaux est nécessaire pour pouvoir9 à partir d'une cannelure dont la partie plate a une lDngueur définie 1' (cannelure 9 de, figures 8A et 8s ), laminer la surépaisseur des nDyaux par rapport à l'épaisseur de l'ame, sa-ns déformer celle-ci lorsque,l'élargissement s'étant produit,llébauche lO (figure 8B) a une hauteur de chambre ch plus grande que la partie 1'de la canne-lure. A la limite, on peut avoir ch - 1'= 1'- f, f etant la largeur du ou des noyaux constituant la reserve de metal dans l'ébauche.
Cette particularité permet donc, en utilisant des cylindres horizontaux (5a à 5d) de meme largeur mais dont le profilage des noyaux est plus ou moins important, de laminer à partir d'une meme prise de fer 1 (E X L) des ébauches de poutrelles correspondant à des profils de poutrelles finies de largeur de chambre différente et ainsi de réduire la largeur L de la prise de fer 1 nécessaire pour Les profils de poutrelles finies les plus larges.
De plus, on comprend que le developpement des ailes pendant le formage est grandement facilité puisque,si le rapport ~s~
des réductions totales, partie a~me sur partie ailes, diminue, le ~ransfert de metal des parties ailes vers la partie ~me diminue d'autant, de même que l'allongement induit.
Le laminage de l'ébauche de poutrelle en cannelure roulante op~ré en association au fendage des ailes sur cages uni~
verselles se ~ait dans une cage duo refouleuse selon une séquence appropriee de l'alternance des passages actifs dans les deux types de cages, après l'élargissemeat de la chambre par laminage du noyau de l'a~me quand il a lieu, telles les séquences de passes représentées figureslO, 11 et 12 par exemple Cette cage refouleuse duo a pour but de réduire l'ébauche de poutrelle preparee sur la cage universelle à la valeur recherchee pour l'epaisseur de l'ame et la hauteur d'aile pour le laminage final selon le procede connu de laminage universel sur un train de laminoir universel. Cette reduction s'opère en cannelure roulante.
Elle assure :
- un bon corroyage de la partie haute des ailes par réduction directe, - une bonne symetrie de la forme selon le plan horizontal par laminage simultané des ailes et de l'a~me dans une cannelure ayant la profondeur des demi-àiles désirée. La réduction totale est importante et peut atteindre 20%, - une hauteur d'aile de l'ébauche de poutrelle adaptée au profil de poutrelle finie, - une hauteur d'~me adaptée au profil de la poutrelle finie, - une épaisseur d'ame correcte pour la relation e.
Par ailleurs, en placant sur cette cage plusieurs cannelures de même chambre, mais de hauteur d'ailes différentes correspondant aux profils de poutrelles finies dérivés, on obtient les ébauches de poutrelles de la série complète du meme type de profil de poutrelle finie (serie américaine par exemple).
En placant sur cette meme cage des cannelures de profils différents, on réduit le stock de cylindres nécessaire.
En prévoyant un train tel que celui illustre par la figure 9A, on voit que la cage duo 10, qui est placee dans l'axe de la cage universelle 11, ne peut normalement comporter qu'une ~2~55~
seule cannelure roulante, ~ moins d'être ~sauteuse" par exemple, et donc ne peut avoir qu'un passage actif spécifique au cours de la sequence de formage.
C'est pourquoi, comme on le constate sur les trois trains de laminoirs illustrés aux figures 9B, 9C, 9D, on préfère placer la cage duo et la (les) cage(s) universelle(s) côte a côte (figures 9B, 9D) ou du moins sur des axes decalés (figure 9C).
Sur la figure 9B, on a represente symboliquement la prise de fer 1 obtenue par exemple en coulée continue, ~ l'entree du groupe ébaucheur selon l'invention constitué de ia cage univer-selle 11 et de la cage duo 10 placees côte a côte. Les flèches 12 symbolisent les passages de la barre entre les cages 11 et 10 pendant la deuxième phase du procedé de l'invention.
Dans cette disposition, la sequence de laminage peut, comme illustre schématiquement en figure 10~ ê~re de h~i~
passa~es sur la cage universelle ll et,après transfert amont,un passage final dans la cannelure médiane d' de la cage duo 10 pour assurer le profil final correct de l'ébauche.
Dans le cas de profils dérivés de hauteurs d'ailes différentes, la sequence pourra être, comme illustré en figure 11, de cinq passages sur la cage universelle, un transfert aval vers la cage duo 10 pour un passage dans une cannelure d, un transfert amont pour un aller et retour sur la cage universelle ll, et un transfert amont sur la cage duo 10 pour le passage final dans la cannelure d".
Dans le cas de profilés avec ~largissement de la chambre (figure 12), les passes d'elargissement se feront dans la canne-lure e juste avant l~e passage final dans la cannelure f de l'ebauche de poutrelle recherchée.
On se reportera a nouveau ~ la figure 9B. De façon classique, une fois l'ebauche de poutrelle convenable obtenue, le laminage se poursuivra ensuite selon le procéde universel de l'état de l'art dans des cages universelles et refouleuses, selon les etapes degrossisseuse 13, intermediaire 14 et finisseuse 15, jusqu'a l'obtention du profile de poutrelle finie, s~
Le scllema de la figure 9C se distingue de celui de la figure 9B, en ce qu'on utilise les deux cages universelles 11 e~ 11' d'un tandem dont la cage duo 10 est désaxée, pour réaliser le formage de l'invention.
Le schéma de la figure 9D se dis~ingue de celui de la figure 9B, en ce qu'on dégrossit l'ébauche de poutrelle forrnée selon l'invention dans un groupe tandem 13'.
Le procédé qu'on vient d'expliquer pour les profils symétriques vaut également pour les profils asymétriques dérivés des poutrelles par epaississement d'une aile par rapport ~ l'autre ou par diminution ou augmentation de la hauteur de l'une par rapport à l'autre, ou par la combinaison de ces deux points.
Cependant, il convient alors de tenir compte des phénomènes suivants :
Lors du défon,cage asymétrique illustr~ sur la figure 13, l'axe de fendage XX ne coincide plus avec l'axe de symétrie X'X' de la prise de fer l. L'écoulement du métal a travers le volume de l'emprise des cylindres horizontaux et des galets verticaux n'est pas le même que dans le défon,cage d'un profil symétrique parce que les parties de profil situées de part et d'autre de l'axe XX de fendage ne sont plus semblables.
Le taux moyen d'allongement ne s'établit plus de manière équivalente de part et d'autre de l'axe ~X.
L'écoulement du métal se fait selon une direction s'éloignant plus ou moins de l:axe de laminage selon que l'écart des volumes situés de part et d'autre de l'axe de Eendage est plu~
ou moins important.
La direction de sortie de la barre diverge du plan de laminage. On dit que la barre "fauche".
Pour rétablir la coincidence de la direction de sortie et de l'axe de laminage, il faut provoquer un allongement complé-mentaire par une réduction supplémentaire dans la partie de la section initiaLe la plus forte, comme le montre la figure 13, où
le galet vertical 7 exerce une certaine pression directe destinée ~ rétablir l'équilibre, tandis que le galet vertical 8 n'exerce toujours pas de pression directe.
.
~ .
5S~
1~
D~ns la pratique, pour appliquer les réducti~ns compl~mentaires necessaires, il faut les intégrer dans les conditions d'equilibre du système des Eorces de laminage en choisissant d'agir sur les differents paramètres qui les regissent. Les param~tres les plus utiles à considérer sont les diamètres des cylindres, ceux des galetS et notamment leur rapport, le tau~ de pression et de reduction et le coefficient d'ecoulement.
En résumé, il faut respecter les conditions de stabilité
du profil dans l'emprise Lors de la deuxième phase du procédé, il convient de réaliser l'equilibre des allongements de part et d'autre du plan vertical de laminage XX. Il faut que les efforts latéraux auxquels est soumise l'ebauche de poutrelle par l'action des galets verticaux soient égaux ou que la poussee laterale qui résulte de laur différence - qu'on à intérêt à minimaliser en jouant sur les paramètres - soit transmise et absorbée Ainsi qu'on l'a dit, le procédé de l'invention se caractérise en ce qu'on favorise dans les premières passes le défonçage de la partie devant constituer l'ame du profil au détriment des parties devant constituer les ailes du profil, alors que les épaisseurs sont encore importantes, ceci pour minimiser les efforts latéraux tout en cherchant à les équilibrer, et augmenter rapidement les possibilités de réaction latérale des cylindres horizontau~ en fonction de la hauteur d'emprise de leurs flancs qui augmente a chaque passe. La prise de fer 1 doit être parfaitement centrée dans le plan vertical de laminage.
Dans le procédé de l'invention, les valeurs E X L de la prise de fer 1 pour obtenir l'ébauche de poutrelle convenable pour le profil de poutrelle iinie dependent de la méthode choisie :
a) méthode de dégrossissage universel intégral b) méthode de dégrossissage universel intégral avec fendage des ailes c) methode de dégrossissage universel intégral avec élargissement de la chambre d) méthode combinée associant les trois précédentes Dans toutes ces méthodes, on retient comme critère de choix et de calcul le rapport ~ qui est le quotient des rati~ de réduction d'épaisseur, d'une part, de la partie devant former l'ame :
~Z~i5~
~, ame = ~
d'autre part, des parties devant former les ailes :
aile = -l = ~ ame = e l aile A
Ce rapport ~ permet de définir pour des profils de meme chambre ch un coefficient K representant la variation de la valeur de la hauteur h des ailes de l'ébauche de poutrelle par rapport a l'epaisseur E de la prise de fer 1 :
K = hE
La pratique des differentes méthodes permet dlétablir pour chacune d'elles la courbe des valeurs de K - Kl - K2 - etc.
(figure 14).
On voit ainsi que :
E = K
L = 2A + ch Dans l'application du procede, les cylindres horlzontaux qui sont moteurs doivent toujours entraîner le produit en exercant dans l'a~me une certaine reduction.
Pour que le laminage soit possible, d'une manière généraIe on admettra pour limites d'application :
1 - reduction de l'ame : 2 ~ e ~ 6
2 - réduction des ailes : 1,5 ~ a ~ 4
3 - réduction de la prise de fer : 0,7 ~ A ~ 1,5
4 - valeurs de A : 0,5 ~ ~ ~ 4,00
Claims (10)
1. Un procédé de formage d'une ébauche de profile métallique du type poutrelle comportant une partie devant constituer l'âme et des parties devant constituer les ailes et comprenant l'usage d'une cage universelle et une cage duo, ladite cage universelle comportant deux cylindres horizontaux et deux cylindres verticaux, ledit procédé s'effectuant par le passage d'une prise de fer à section rectangulaire ou trapézoïdale dans un espace défini entre les cylindres de la cage universelle, ledit procédé comprenant les étapes de:
a) défoncer la partie devant constituer l'âme dans une première série de passes universelles dans ledit espace au moyen des cylindres horizontaux exerçant une pression directe sur la partie centrale de la prise de fer alors que les cylindres verticaux exercent, sur la prise de fer, une pression uniquement suffisante à résister à l'allongement du métal dans une direction horizontale causée par le défonçage de l'âme et à maintenir la prise de fer dans la direction de l'axe de laminage à la sortie de la cage universelle afin d'obtenir, durant cette étape, une plus grande réduction de la partie devant constituer l'âme que la partie devant: constituer les ailes; et b) subséquemment, réduire simultanément les parties devant constituer l'âme et les ailes dans des passes suivantes dans ledit espace au moyen des cylindres horizontaux et verticaux de la cage universelle de manière à exercer une pression directe sur les parties devant constituer l'âme et devant constituer les ailes, respectivement.
a) défoncer la partie devant constituer l'âme dans une première série de passes universelles dans ledit espace au moyen des cylindres horizontaux exerçant une pression directe sur la partie centrale de la prise de fer alors que les cylindres verticaux exercent, sur la prise de fer, une pression uniquement suffisante à résister à l'allongement du métal dans une direction horizontale causée par le défonçage de l'âme et à maintenir la prise de fer dans la direction de l'axe de laminage à la sortie de la cage universelle afin d'obtenir, durant cette étape, une plus grande réduction de la partie devant constituer l'âme que la partie devant: constituer les ailes; et b) subséquemment, réduire simultanément les parties devant constituer l'âme et les ailes dans des passes suivantes dans ledit espace au moyen des cylindres horizontaux et verticaux de la cage universelle de manière à exercer une pression directe sur les parties devant constituer l'âme et devant constituer les ailes, respectivement.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en plus dans l'étape b), de laminer l'ébauche de poutrelle en formation dans des cannelures roulantes de la cage duo selon une séquence d'alternance choisie.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé
en ce que l'on dispose la cage universelle et la cage duo côte à côte.
en ce que l'on dispose la cage universelle et la cage duo côte à côte.
4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce que l'on dispose la cage universelle et la cage duo sur des axes décalés.
5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce que au cours de l'étape b), on procède au formage des ailes par fendage et laminage successifs au moyen de galets de profils différents.
6. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 pour le formage d'une ébauche de profile symétrique, caractérisé en ce que pendant l'étape de défonçage de la partie devant constituer l'âme, on n'exerce pratiquement aucune pression directe sur les parties devant constituer les ailes.
7. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 pour le formage d'une ébauche de profilé asymétrique, caractérisé en ce que pendant l'étape de défonçage de la partie devant constituer l'âme, on n'exerce pratiquement de pression directe sur les parties devant constituer les ailes que du seul cote de section initiale plus importante, afin de maintenir la direction de sortie de la barre dans l'axe de laminage.
8. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'on réalise les conditions de stabilité du profil dans l'emprise en intervenant sur les valeurs des paramètres et sur le rapport des diamètres des galets verticaux.
9. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'on forme, au moyen des cylindres horizontaux de la cage universelle, un ou plusieurs noyaux de métal dans la partie devant constituer l'âme de l'ébauche et en ce qu'on réduit ensuite le noyau par passage dans une cannelure roulante à fond plat: sans flanc d'une cage duo pour élargir la chambre.
10. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 caractérisé en ce qu'on fait allonger l'âme et les ailes durant les étapes a) et b) et en ce qu'on fait varier les allongements de l'âme et des ailes au cours des étapes a) et b).
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