EP0148806B1 - Procédé de laminage de tube permettant d'accroître les performances des laminoirs pèlerins à froid et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé - Google Patents

Procédé de laminage de tube permettant d'accroître les performances des laminoirs pèlerins à froid et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé Download PDF

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EP0148806B1
EP0148806B1 EP85420002A EP85420002A EP0148806B1 EP 0148806 B1 EP0148806 B1 EP 0148806B1 EP 85420002 A EP85420002 A EP 85420002A EP 85420002 A EP85420002 A EP 85420002A EP 0148806 B1 EP0148806 B1 EP 0148806B1
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EP
European Patent Office
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mandrel
rolling
blank
movement
tube
Prior art date
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Expired
Application number
EP85420002A
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German (de)
English (en)
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EP0148806A1 (fr
Inventor
Pierre Peytavin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vallourec SA
Original Assignee
Vallourec SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Vallourec SA filed Critical Vallourec SA
Priority to AT85420002T priority Critical patent/ATE31034T1/de
Publication of EP0148806A1 publication Critical patent/EP0148806A1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs
    • B21B25/04—Cooling or lubricating mandrels during operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills
    • B21B21/005—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills with reciprocating stand, e.g. driving the stand

Definitions

  • the method and the device which are the subject of the invention relate in the most general way to the operation of rolling mills with cold crawl steps for the rolling of tubes. It relates more particularly to rolling mills of this type used for the rolling of tubes in particular of large diameter steel with high reduction rates.
  • Such rolling mills in known manner have grooved cylinders mounted in a cylinder cage which performs a reciprocating movement along the rolling axis, the blank of tube to be laminated being periodically advanced along the axis of rolling downstream.
  • a mandrel is placed inside the blank along the rolling axis and in a fixed axial position relative to the latter.
  • Such a rolling mill is for example described in FR-A-1 555 869 which is concerned only with the carrying out of the back and forth movement along the rolling axis of the roll holder cage.
  • the tube rolling process which is the subject of the invention uses a cold crawl rolling mill comprising cylinders mounted in a cylinder cage which performs a back and forth movement along the rolling axis of said rolling cylinders the tube blank, which is periodically advanced, on a mandrel disposed inside the blank and held in the axial position.
  • the mandrel has a rolling range of decreasing diameter from upstream to downstream.
  • one or more fluids under pressure are circulated, successively or simultaneously, in the annular space between the mandrel and the tube blank .
  • This recoil movement and then the return movement of the mandrel can be carried out in the vicinity of the upstream dead center and / or downstream dead center of the cylinder holder cage.
  • the amplitude of the recoil of the mandrel is preferably between 2 and 10 times the amplitude of the advance given to the blank before each rolling pass.
  • the fluids injected can be gaseous or liquid fluids, the latter preferably being lubricants. These fluids are preferably injected under a pressure of 2 to 20 bar relative.
  • the fluid is introduced in a particularly efficient manner into the annular space between the connecting piece which connects the mandrel to the mandrel holder rod and the tube blank, upstream of the rolling surface of the mandrel and in downstream of a first annular sealing means which ensures dynamic sealing between the connecting piece and the tube and forces the fluid to flow downstream between the rolling surface of the mandrel and the tube blank.
  • a second annular sealing means is advantageously disposed downstream of the rolling surface, it provides dynamic sealing between the mandrel and the tube blank and forces the fluid (s) to return upstream through a passage formed in the mandrel.
  • These dynamic seals can be of any known type, such as lip seals, or O-rings; it is also possible to use metallic seals such as segments or toroids with metallic envelopes or the like.
  • the invention also relates to a rolling mill for implementing the method described above making it possible to carry out the retraction and then the return of the mandrel of a rolling mill with vocational steps when cold.
  • This cold vocational rolling mill for tubes comprises rolls mounted in a roll-carrying cage which moves back and forth along the rolling axis as well as means for holding and periodically advancing the blank of tube and a mandrel which has a rolling bearing of decreasing diameter from upstream to downstream and which is mounted on a mandrel holder rod, said mandrel being disposed inside the blank and held in axial position by a clamp -stem mounted in the vicinity of the rear end of the rod.
  • the rod clamp is mounted on a fixed support by means of a connecting means allowing sliding in a direction parallel to the rolling axis.
  • An alternative drive means controlled by the rolling cycle, causes, at instants determined with respect to this cycle corresponding to times when the preform is released from the grip of the rolls taking place during the rolling phase (s) , the retraction of the pliers in the upstream direction then its return to the initial position with the desired amplitude and speed.
  • a means for introducing pressurized fluid makes it possible to circulate a fluid in the annular space between the mandrel and the blank tube, at least during the period during which the mandrel is set back from its rolling position.
  • the reciprocating drive of the pliers is preferably carried out by means of a cam. Between the end of the recoil of the rod clamp and its return to its initial position, it is possible to provide a time for holding in the withdrawal position.
  • An advantageous application of the method and the device according to the invention relates to the case where it is proposed to carry out a double advance of the blank at the upstream and downstream dead centers. We can then perform simultaneously, in the vicinity of each of these two dead centers, a movement of withdrawal and then return of the mandrel which allows effective lubrication and cooling. We can then perform two rolling passes in each cycle.
  • Figure 1 is a schematic perspective view of a cold crawl pitch rolling mill operated by the method according to the invention.
  • the tube blank 1 slides around a mandrel holder rod 2 along the rolling axis XoX1.
  • the rear end 3 of the rod 2 is held by a rod clamp 4 which can cause the rod 2 to rotate about its axis, and also move it alternately along its axis along the double arrow F.
  • a pushing means 5 of a known type advances the blank discontinuously downstream, at time intervals synchronized with the successive rolling cycles of the cylinder holder cage 6.
  • Each cycle includes a back and forth movement of the stand 6 along the rolling axis.
  • the rolling rolls 7 and 8 are rotated sometimes in one direction sometimes in the other. They laminate the tube blank 1 by means of their grooves 9 and 10 which cooperate with the mandrel, not shown, to lengthen the blank and to thin its walls.
  • the tube clamps 11 and 12 rotate the blank 1 upstream in its laminated part 13 downstream of the cage 6, during the periods when it is released from the grip of the cylinders, without obstructing the movements of the tube along of the rolling axis.
  • the rod clamp 4 rotates the mandrel carrier rod 2 in synchronism with the blank 1 and moves it along the arrow F in the manner which will be specified.
  • FIGS 2, 3 and 4 schematically show the operation of the mandrel used on the rolling mill of Figure 1.
  • FIG. 2 shows the mandrel 14 mounted at the end of the carrier rod 2 in the normal rolling position inside the blank 1.
  • the process described comprises a single rolling pass during the outward stroke of the carrier cage cylinders 6 downstream.
  • FIG. 2 corresponds to the moment when the cylinder holder cage 6 completes its stroke back upstream, and releases the blank 1 from its grip in the partially laminated zone 15.
  • the amplitude of the recoil "1" is determined so as to provide, between the rolling surface 16 of the mandrel and the wall of the tube in the zone 15, an annular passage 17 of relatively large section.
  • the only advance in amplitude "1" of the tube blank 1 causes only a very narrow annular passage to be formed, as can be seen in FIG. 4, after the mandrel has returned to its rolling position. .
  • This passage is all the narrower that the actual slope of the rolling range of a mandrel is much lower than that shown in these three diagrams.
  • the amplitude "1" of the recoil of the mandrel is preferably adjusted a value between 2 and 10 times the amplitude "1" of the advance given to the blank.
  • One of the most important is the injection of one or more liquid or gaseous fluids simultaneously or successively into the space between the rolling surface 15 of the mandrel and the wall of the tube in the partially laminated area 16. It it is possible as will be seen to direct the flow of the fluid or fluids, it is also possible, in the most frequent case where each round trip of the cylinder carrier cage 6 has only one rolling pass, most often during the forward stroke of the cage in the downstream direction, to put the mandrel in the recoil position from the downstream dead center and thus maintain it until the upstream dead center. The circulation of the fluid (s) is then allowed for approximately 50% of the operating time.
  • FIGS 5 and 6 describe two types of mandrel particularly suitable for operating the method according to the invention.
  • FIG. 5 shows a mandrel 19 inside a blank of tube 20 during rolling.
  • a connecting piece 22 assembled by a threaded junction 29 with the mandrel, connects the latter to the hollow rod carrying the mandrel 21.
  • a passage 23 places the interior 24 of the rod 21 in communication with the annular space 25 between the part 22 and the tube blank 20 upstream of the rolling surface 26 of the mandrel.
  • a first annular sealing means is constituted by a dynamic lip seal 27 placed in a groove 28 formed around the connecting piece 22.
  • the lip seal can be replaced by another type of seal such as an O-ring.
  • One can also use a metal joint such as a segment.
  • the assembly between the connecting piece 22 and the mandrel 19 can be carried out by any means such as welding, soldering or the like. These two parts can also be produced in a single monobloc assembly; similarly the junction between the connecting piece 22 and the mandrel holder rod 21 can be achieved by any suitable means such as screwing, welding, brazing or other.
  • Figure 6 a second type of mandrel 30 comprising like that of Figure 5 a rolling surface 31. It is housed inside a tube blank 32 during rolling. A connecting piece 34 is connected on the one hand to the mandrel 30 by the threaded junction 35 and on the other hand to the hollow mandrel-holding rod 33.
  • a first passage means 36 places the interior 37 of the rod 33 in communication with the annular space 38, comprised between the connecting piece 34 and the tube blank 32 upstream of the rolling surface 31.
  • This space is closed upstream by the dynamic lip seal 39 housed in the groove 40.
  • a second annular sealing means is constituted by the dynamic seal 42 housed in the groove 43.
  • This seal of design similar to those described above is advantageously metallic, for example in the form of a segment. It may include several successive elements, which may also be the case for the first sealing means.
  • a second passage means constituted by the radial channels 45 and 46 and the longitudinal channel 44, connects the annular space 47 upstream of the seal 42 with the annular space 48 upstream of the seal 39.
  • one or more fluids can be circulated under pressure coming from the hollow rod at 37 through the passage 36 then in the annular space 38 and then between the rolling surface 31 and the blank 32 downstream. This or these fluids then return upstream through the channels 45, 44 and 46 and through the annular space 48. It is also possible to envisage organizing the circulation of this or these fluids in the opposite direction.
  • the method according to the invention is applied by way of example, using this lubrication mode, and this type of mandrel shown in FIG. 5.
  • steel tube blanks of type AISI 321, having a outer diameter of 133 mm and a thickness of 20 mm.
  • the rate is 120 rolling cycles per minute with a single rolling pass and a single feed per cycle.
  • the tube obtained is 88.9 mm in outside diameter and 13.4 in thickness.
  • the blank is advanced by 9.4 mm and the mandrel moves back by 30 mm with return to its initial position.
  • a lubricant of known type in space 25 is injected under a pressure of about 10 relative bars.
  • This lubricant circulates, as has just been described, around the rolling surface 26 of the mandrel 19, at each retraction of this mandrel. This produces tubes rolled at a rate of about 150 meters per hour. It can be seen that the surface condition of the internal wall of these tubes is excellent.
  • the invention also relates to a device which makes it possible to carry out in a simple manner the movements of retraction then of return of the mandrel, in a synchronized manner with the outward and return cycles of the cylinder holder cage.
  • FIGS. 7 and 8 show, diagrammatically, an embodiment of a pliers-rod whose function is that of that represented in 4 FIG. 1.
  • This rod clamp 49 encloses a mandrel carrier rod 50 in the vicinity of its upstream end 51. It maintains the rod 50 in a fixed position along the axis X O X 1 during the rolling passes. It also rotates it around its axis by fraction of a turn as described above.
  • the sliding of the rod clamp 49 is controlled by a retaining part R, arranged in the extension of the slide.
  • This part consists of two similar elongated rigid elements 55 and 56, arranged end to end, and articulated relative to each other around the axis 57.
  • the free end of the element 55 is articulated around the axis 58, mounted on the fixed part 52.
  • the free end of the element 56 is articulated around the axis 59, mounted at the front end of the base plate 53.
  • the axes 57, 58 and 59 are mutually parallel and perpendicular to the plane of the figure.
  • a cam 60 rotates around an axis 61, parallel to the parent axes.
  • a pusher 62 It actuates a pusher 62 by means of a roller 63.
  • This pusher is articulated around the axis 57 and therefore makes it possible to separate this axis from the straight line which joins the axes 58 and 59.
  • the distance between the axes 58 and 59 is then reduced and the rod clamp 49 is then moved upstream by driving the mandrel holder rod 50 and therefore the mandrel which is fixed at its downstream end.
  • the recoil of the mandrel is carried upstream at the desired times. , then its return to its initial position, with the desired amplitude and in a strictly determined time interval.
  • roller 63 is held in abutment on the cam 60 by the arm 65, which is articulated around the axis 66 and which is pulled by the return spring 67.
  • arm 65 which is articulated around the axis 66 and which is pulled by the return spring 67.

Description

  • Le procédé et le dispositif qui font l'objet de l'invention concernent de la façon la plus générale l'exploitation des laminoirs à pas de pélerin à froid pour le laminage de tubes. Il concerne plus particulièrement les laminoirs de ce type utilisés pour le laminage de tubes en particulier en acier de fort diamètre avec des taux de réduction élevés.
  • De tels laminoirs comportent de façon connue des cylindres à gorge montés dans une cage porte-cylindres qui effectue un mouvement de va et vient selon l'axe de laminage, l'ébauche de tube à laminer étant périodiquement avancée le long de l'axe de laminage vers l'aval. Un mandrin est disposé à l'intérieur de l'ébauche selon l'axe de laminage et en position axiale fixe par rapport à celui-ci.
  • Un tel laminoir est par exemple décrit dans le FR-A-1 555 869 qui s' intéresse uniquement à la réalisation du mouvement de va et vient selon l'axe de laminage de la cage porte-cylindres.
  • Ces laminoirs donnent d'excellents résultats pour le travail de tubes de relativement faible section. Par contre, lorsqu'on veut les utiliser pour laminer des tubes de forts diamètres et forte épaisseur, de sérieuses difficultés sont rencontrées. Malgré un arrosage intense de la surface extérieure des ébauches de tubes, dans la zone de laminage, on n'évite pas un échauffement très important qui se transmet à la zone de contact entre ébauche de tube et portée de laminage du mandrin. Il en résulte une destruction au moins partielle du film lubrifiant qui recouvrait la surface interne de l'ébauche avec pour conséquence un grippage du tube sur le mandrin.
  • Cela peut conduire à une détérioration rapide de la surface du mandrin par fissuration et à l'apparition simultanée de défauts sur la surface interne des tubes laminés.
  • On a recherché la possibilité d'améliorer les conditions d'exploitation des laminoirs à pas de pèlerins à froid, en particulier dans le cas du laminage de tubes de fortes sections, de façon à éviter l'apparition de défauts sur la surface interne des tubes et à prolonger la durée de vie des mandrins.
  • Le procédé de laminage de tube qui fait l'objet de l'invention met en oeuvre un laminoir pélerin à froid comprenant des cylfndres montés dans une cage porte-cylindres qui effectue un mouvement de va et vient selon l'axe de laminage lesdits cylindres laminant l'ébauche de tube, qui est périodiquement avancée, sur un mandrin disposé à l'intérieur de l'ébauche et maintenu en position axiale. Le mandrin a une portée de laminage de diamètre décroissant de l'amont vers l'aval.
  • On effectue, au moins une fois par cycle de laminage, pendant le temps où l'ébauche est libérée de l'emprise des cylindres de laminage ayant lieu pendant la ou les phases de laminage, un mouvement de recul du mandrin, le long de l'axe de laminage, vers l'amont, puis un retour à la position initiale.
  • Pendant la période durant laquelle le mandrin se trouve en retrait par rapport à sa position de laminage, on fait circuler un ou plusieurs fluides sous pression, de façon successive ou simultanée, dans l'espace annulaire compris entre le mandrin et l'ébauche de tube.
  • On peut effectuer ce mouvement de recul puis de retour du mandrin au voisinage du point mort amont et/ou du point mort aval de la cage porte-cylindres.
  • On peut aussi effectuer le recul du mandrin au voisinage de l'un des deux points morts de la cage porte-cylindres et le retour au voisinage de l'autre point mort. Dans ce cas il ne doit pas y avoir de phase de laminage de l'ébauche dans la période comprise entre le recul et le retour du mandrin.
  • L'amplitude du recul du mandrin est de préférence comprise entre 2 et 10 fois l'amplitude de l'avance donnée à l'ébauche avant chaque passe de laminage.
  • Il est intéressant d'utiliser la période durant laquelle le mandarin se trouvq en retrait par rapport à sa position de laminage pour effectuer la rotation du mandrin en coordination avec la rotation de l'ébauche. En opérant de cette façon, on peut dissocier les problèmes de rotation du mandrin et de rotation de l'ébauche tout en assurant une coordination des deux rotations.
  • Les fluides injectés peuvent être des fluides gazeux ou liquides ces derniers étant, de préférence, des lubrifiants. Ces fluides sont injectés de préférence sous une pression de 2 à 20 bars relatifs.
  • L'introduction du fluide est faite de façon particulièrement efficace dans l'espace annulaire compris entre la pièce de liaison qui relie le mandrin à la tige porte-mandrin et l'ébauche de tube, en amont de la portée de laminage du mandrin et en aval d'un premier moyen d'étanchéité annulaire qui assure une étanchéité dynamique entre la pièce de liaison et le tube et oblige le fluide à s'écouler vers l'aval entre la portée de laminage du mandrin et l'ébauche de tube. Un deuxième moyen d'étanchéité annulaire est avantageusement disposé en aval de la portée de laminage, il assure une étanchéité dynamique entre le mandrin et l'ébauche de tube et oblige le ou les fluides à retourner vers l'amont à travers un passage ménagé dans le mandrin. Ces joints dynamiques peuvent être de tous types connus, tels que des joints à lèvre, ou des joints toriques; on peut utiliser aussi des joints métalliques tels que des segments ou des tores à enveloppe métallique ou autres.
  • L'invention concerne aussi un laminoir pour mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus permettant d'effectuer le recul puis le retour du mandrin d'un laminoir à pas de pèlerin à froid. Ce laminoir pélerin à froid pour tube comprend des cylindres montés dans une cage porte-cylindres qui effectue un mouvement de va et vient selon l'axe de laminage ainsi que des moyens de maintien et d'avance périodique de l'ébauche de tube et un mandrin qui a portée de laminage de diamètre décroissant de l'amont vers l'aval et qui est monté sur une tige porte-mandrin ledit mandrin étant disposé à l'intérieur de l'ébauche et maintenu en position axiale par un pince-tige monté au voisinage de l'extrémité arrière de la tige.
  • Le pince-tige est monté sur un support fixe par l'intermédiaire d'un moyen de liaison permettant un glissement dans une direction parallèle à l'axe de laminage.
  • Un moyen d'entraînement alternatif, commandé par le cycle de laminage, provoque, à des instants déterminés par rapport à ce cycle correspondant à des temps où l'ébauche est libérée de l'emprise des cylindres ayant lieu pendant la ou les phases de laminage, le recul du pince-tige en direction de l'amont puis son retour à la position initiale avec l'amplitude et la vitesse voulues. Un moyen d'introduction de fluide sous pression permet de faire circuler un fluide dans l'espace annulaire entre le mandrin et le tube ébauche, au moins pendant la période durant laquelle le mandrin se trouve en retrait par rapport à sa position de laminage.
  • L'entraînement alternatif du pince-tige est réalisé, de préférence, au moyen d'une came. Entre la fin du recul du pince-tige et son retour à sa position initiale on peut prévoir un temps de maintien en position de retrait.
  • Une application avantageuse du procédé et du dispositif suivant l'invention concerne le cas où on se propose d'effectuer une double avance de l'ébauche aux points morts amont et aval. On peut alors effectuer simultanément, au voisinage de chacun de ces deux points morts, un mouvement de retrait puis de retour du mandrin qui permet une lubrification et un refroidissement efficaces. On peut alors effectuer deux passes de laminage à chaque cycle.
  • Pour empêcher ou limiter le glissement de l'ébauche vers l'amont, au cours de la passe de laminage en retour, on peut relier la partie de l'ébauche déjà laminée, en aval de la cage porte-cylindres, à un moyen de retenue qui la maintient en position fixe par rapport au bâti du laminoir pendant une partie au moins du trajet en retour de la cage.
  • La description détaillée et les figures ci-après présentent de façon non limitative les caractéristiques du procédé et du dispositif suivant l'invention.
    • Figure 1: vue d'ensemble d'un laminoir à pas de pèlerin à froid comportant le dispositif suivant l'invention.
    • Figures 2, 3 et 4: vues représentant le fonctionnement du procédé suivant l'invention dans le cas du laminoir représenté figure 1.
    • Figure 5: mandrin perfectionné pour l'exploitation du procédé suivant l'invention.
    • Figure 6: autre mandrin perfectionné pour l'exploitation du procédé suivant l'invention.
    • Figures 7 et 8: dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
  • La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un laminoir à pas de pélerin à froid exploité par le procédé suivant l'invention. L'ébauche de tube 1 glisse autour d'une tige porte-mandrin 2 le long de l'axe de laminage XoX1. L'extrémité arrière 3 de la tige 2 est maintenue par un pince-tige 4 qui peut entraîner la tige 2 en rotation autour de son axe, et aussi la déplacer alternativement le long de son axe suivant la double flèche F. Un moyen de poussée 5 de type connu fait avancer l'ébauche vers l'aval en discontinu, à des intervalles de temps synchronisés avec les cycles successifs de laminage de la cage porte-cylindres 6.
  • Chaque cyclè comporte un mouvement d'aller et retour de la cage 6 suivant l'axe de laminage. Les cylindres de laminage 7 et 8 sont entraînés en rotation tantôt dans un sens tantôt dans l'autre. Ils laminent l'ébauche de tube 1 au moyen de leurs gorges 9 et 10 qui coopèrent avec le mandrin non représenté pour allonger l'ébauche et amincir ses parois. Les pince-tubes 11 et 12 font tourner l'ébauche 1 en amont en sa partie laminée 13 en aval de la cage 6, pendant les périodes où elle est libérée de l'emprise des cylindres, sans faire obstacle aux déplacements du tube le long de l'axe de laminage. Le pince-tige 4 fait tourner la tige porte-mandrin 2 en synchronisme avec l'ébauche 1 et la déplace suivant la flèche F de la façon qui va être précisée.
  • Les figures 2, 3 et 4 montrent de façon schématique le fonctionnement du mandrin utilisé sur le laminoir de la figure 1.
  • La figure 2 montre le mandrin 14 monté à l'extrémité de la tige portemandrin 2 en position normale de laminage à l'intérieur de l'ébauche 1. Le procédé décrit comporte une seule passe de laminage pendant la course aller de la cage porte-cylindres 6 vers l'aval. La figure 2 correspond au moment où la cage porte-cylindres 6 achève sa course en retour vers l'amont, et libère l'ébauche 1 de son emprise dans la zone 15 partiellement laminée.
  • On effectue alors comme le montre la figure 3 d'une part une avance de l'ébauche 1 et, d'autre part, un recul du mandrin 14 en direction de l'amont, suivant XoX1, puis un retour à sa position initiale.
  • Dans le cas décrit ces déplacements sont, comme on le verra, provoqués par l'intermédiaire du pince-tige 4 de la figure 1.
  • L' amplitude du recul "1" est déterminée de façon à ménager, entre la portée de laminage 16 du mandrin et la paroi du tube dans la zone 15, un passage annulaire 17 de relativement forte section.
  • En effet la seule avance d'amplitude "1" de l'ébauche de tube 1 ne provoque la formation que d'un passage annulaire très étroit, comme on le voit en 18 figure 4, après le retour du mandrin à sa position de laminage. Ce passage est d'autant plus étroit que la pente réelle de la portée de laminage d'un mandrin est bien plus faible que celle figurée sur ces trois schémas. On règle de préférence l'amplitude "1" du recul du mandrin à une valeur comprise entre 2 et 10 fois l'amplitude "1" de l'avance donnée à l'ébauche.
  • On peut ainsi atteindre, si nécessaire, une section de passage 17 égale ou supérieure à la section de passage qui existe entre l'ébauche 1, en amont de la zone de laminage, et le mandrin dans sa zone de plus forte section.
  • Le passage 17 ainsi ouvert, même pendant un temps très court, peut permettre de nombreuses utilisations.
  • L'une des plus importantes est l'injection d'un ou plusieurs fluides liquides ou gazeux de façon simultanée ou successive dans l'espace compris entre la portée de laminage 15 du mandrin et la paroi du tube dans la zone partiellement laminée 16. Il est possible comme on va le voir de diriger l'écoulement du ou des fluides, il est possible aussi, dans le cas le plus fréquent où chaque cycle aller et retour de la cage porte-cylindres 6 ne comporte qu'une passe de laminage, le plus souvent pendant la course aller de la cage en direction de l'aval, de mettre le mandrin en position de recul à partir du point mort aval et de le maintenir ainsi jusqu'au point mort amont. On permet alors la circulation du ou des fluides pendant environ 50% du temps opératoire.
  • Les figures 5 et 6 décrivent deux types de mandrin particulièremnt bien adaptés à l'exploitation du procédé suivant l'invention.
  • On voit figure 5 un mandrin 19 à l'intérieur d'une ébauche de tube 20 en cours de laminage. Une pièce de liaison 22 assemblée par une jonction filetée 29 avec le mandrin, raccorde celui-ci à la tige creuse porte-mandrin 21. Un passage 23 met en communication l'intérieur 24 de la tige 21 avec l'espace annulaire 25 compris entre la pièce 22 et l'ébauche de tube 20 en amont de la portée de laminage 26 du mandrin. Un premier moyen d'étanchéité annulaire est constitué par un joint dynamique à lèvre 27 placé dans une gorge 28 formée autour de la pièce de liaison 22. Il est ainsi possible, en faisant arriver un fluide sous pression par l'intérieur 24 de la tige 21, de le faire passer par 23 dans l'espace annulaire 25 à partir duquel il s'écoule vers l'aval, entre la portée de laminage 26 du mandrin et l'ébauche de tube 20, chaque fois que le recul du mandrin libère le passage. On peut remplacer le joint à lèvre par un autre type de joint tel qu'un joint torique. On peut utiliser aussi un joint métallique tel qu'un segment. Par ailleurs l'assemblage entre la pièce de liaison 22 et le mandrin 19 peut être effectué par tout moyen tel que soudage, brasage ou autre. On peut aussi réaliser ces deux pièces en un seul ensemble monobloc; de même la jonction entre la pièce de liaison 22 et la tige porte-mandrin 21 peut être réalisée par tout moyen convenable tel que vissage, soudage, brasage ou autre.
  • A la figure 6 est représenté un deuxième type de mandrin 30 comportant comme celui de la figure 5 une portée de laminage 31. Il est logé à l'intérieur d'une ébauche de tube 32 en cours de laminage. Une pièce de liaison 34 est raccordée d'une part au mandrin 30 par la jonction filetée 35 et d'autre part à la tige creuse porte-mandrin 33.
  • Un premier moyen de passage 36 met en communication l'intérieur 37 de la tige 33 avec l'espace annulaire 38, compris entre la pièce de liaison 34 et l'ébauche de tube 32 en amont de la portée de laminage 31.
  • Cet espace est fermé en amont par le joint dynamique à lèvre 39 logé dans la gorge 40.
  • En aval de la portée de laminage 31, un deuxième moyen d'étanchéité annulaire est constitué par le joint dynamique 42 logé dans la gorge 43. Ce joint de conception analogue à ceux décrits plus haut est avantageusement métallique, par exemple sous forme de segment. Il peut comporter plusieurs éléments successifs, ce qui peut aussi être le cas du premier moyen d'étanchéité.
  • Un deuxième moyen de passage, constitué par les canaux radiaux 45 et 46 et le canal longitudinal 44, relie l'espace annulaire 47 en amont du joint 42 avec l'espace annulaire 48 en amont du joint 39. Ainsi, à chaque recul du mandrin 30, on peut faire circuler un ou plusieurs fluides sous pression provenant de la tige creuse en 37 à travers le passage 36 puis dans l'espace annulaire 38 et ensuite entre la portée de laminage 31 et l'ébauche 32 vers l'aval. Ce ou ces fluides retournent ensuite vers l'amont à travers les canaux 45, 44 et 46 et à travers l'espace annulaire 48. On peut envisager aussi d'organiser en sens inverse la circulation de ce ou ces fluides.
  • On applique à titre d'exemple le procédé suivant l'invention, en utilisant ce mode de lubrification, et ce type de mandrin représenté figure 5. On lamine dans ces conditions des ébauches de tubes d'acier, de type AISI 321, ayant un diamètre extérieur de 133 mm et une épaisseur de 20 mm. La cadence est de 120 cycles de laminage à la minute avec une seule passe de laminage et une seule avance par cycle. Le tube obtenu a 88,9 mm de diamètre extérieur et 13,4 d'épaisseur. Au voisinage du point mort amont de chaque cycle, l'ébauche est avancée de 9,4 mm et le mandrin recule de 30 mm avec retour à sa position initiale. On injecte sous une pression d'environ 10 bars relatifs un lubrifiant de type connu dans l'espace 25.
  • Ce lubrifiant circule, de la façon qui vient d'être décrite, autour de la portée de laminage 26 du mandrin 19, à chaque recul de ce mandrin. On obtient ainsi des tubes laminés à la cadence d'environ 150 mètres par heure. On constate que l'état de surface de la paroi interne de ces tubes est excellent.
  • L'invention concerne également un dispositif qui permet d'effectuer de façon simple les mouvements de recul puis de retour du mandrin, de façon synchronisée avec les cycles aller et retour de la cage porte-cylindres.
  • Les figures 7 et 8 montrent, de façon schématique, un mode de réalisation d'un pince-tige dont la fonction est celle de celui représenté en 4 figure 1.
  • Ce pince-tige 49 enserre une tige porte- mandrin 50 au voisinage de son extrémité amont 51. Il maintient la tige 50 en position fixe le long de l'axe XOX1 pendant les passes de laminage. Il la fait aussi tourner autour de son axe par fraction de tour comme décrit précédemment.
  • Il est monté sur un support fixe 52 par l'intermédiaire plaque de base 53 qui coulisse dans une glissière 54 parallèlement à l'axe XOX1 comme le montre la double flèche F.
  • Le glissement du pince-tige 49 est contrôlé par une pièce de retenue R, disposée dans le prolongement de la glissière. Cette pièce est constituée de deux éléments rigides allongés semblables 55 et 56, disposés bout à bout, et articulés l'un par rapport à l'autre autour de l'axe 57. L'extrémité libre de l'élément 55 est articulée autour de l'axe 58, monté sur la pièce fixe 52.
  • L'extrémité libre de l'élément 56 est articulée autour de l'axe 59, monté à l'extrémité avant de la plaque de base 53. Les axes 57, 58 et 59 sont parallèles entre eux et perpendiculaires au plan de la figure. Une came 60 tourne autour d'un axe 61, parallèle aux axes pécédents.
  • Elle actionne un poussoir 62 par l'intermédiaire d'un galet 63. Ce poussoir est articulé autour de l'axe 57 et permet donc d'écarter cet axe de la droite qui joint les axes 58 et 59. La distance entre les axes 58 et 59 est alors réduite et le pince-tige 49 est alors déplacé vers l'amont en entrainant la tige porte-mandrin 50 et donc le mandrin qui est fixé à son extrémité aval.
  • En donnant au bossage 64 de la came 60 le profil voulu, et en entraînant la came 60 à une vitesse rigoureusement déterminée par rapport aux déplacements de la cage porte-cylindres, on réalise, aux instants voulus, le recul du mandrin vers l'amont, puis son retour à sa position initiale, avec l'amplitude voulue et dans un intervalle de temps rigoureusement déterminé.
  • Le galet 63 est maintenu en appui sur la came 60 par le bras 65, qui est articulé autour de l'axe 66 et qui est tiré par le ressort de rappel 67. De nombreuses modifications ou variantes de ce dispositif peuvent être réalisées qui ne sortent pas du domaine de l'invention comme revendiquée.
  • De même le procédé suivant l'invention peut comporter de très nombreuses modifications qui ne sortent pas non plus du domaine de l'invention comme revendiquée.

Claims (14)

1. Procédé de laminage de tube mettant en oeuvre un laminoir pélerin à froid comprenant des cylindres montés dans une cage porte-cylindres qui effectue un mouvement de va et vient selon l'axe de laminage lesdits cylindres laminant l'ébauche de tube, qui est périodiquement avancée, sur un mandrin qui disposé à l'intérieur de l'ébauche et maintenu en position axiale caractérisé et qui est le mandrin a une portée de laminage de diamètre décroissant de l'amont vers l'aval et en ce qu'on effectue, au moins une fois par cycle de laminage, pendant le temps où l'ébauche est libérée de l'emprise des cylindres de laminage ayant lieu pendant la ou les phases de laminage, un mouvement de recul du mandrin, le long de l'axe de laminage, vers l'amont puis un retour à sa position initiale, et en ce que on fait circuler un ou plusieurs fluides sous pression, de façon successive ou simultanée, dans l'espace annulaire compris entre le mandrin et l'ébauche de tube, au moins pendant la période durant laquelle le mandrin se trouve en retrait par rapport à sa position de laminage.
2. Procédé suivant revendication 1 caractérisé en ce que le mouvement de recul du mandrin, puis de retour à sa position initiale sont effectués au voisinage du point mort amont de la cage porte-cylindres et/ou au voisinage du point mort aval.
3. Procédé suivant revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le recul du mandrin au voisinage de l'un des deux points morts de la cage porte-cylindres, et le retour au voisinage de l'autre point mort.
4. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'amplitude du recul du mandrin est de préférence comprise entre 2 et 10 fois l'amplitude de l'avance donnée à l'ébauche avant chaque passe de laminage.
5. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que on utilise la période durant laquelle le mandrin se trouve en retrait par rapport à sa position de laminage pour effectuer la rotation du mandrin en coordination avec la rotation de l'ébauche.
6. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un fluide qui circule est un lubrifiant.
7. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ou les fluides sont injectés sous une pression de 2 à 20 bars relatifs.
8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on fait pénétrer au moins un fluide dans l'espace annulaire compris entre la pièce de liaison, qui relie le mandrin à la tige porte-mandrin et l'ébauche de tube, en amont de la portée de laminage du mandrin, et en aval d'un premier moyen d'étanchéité annulaire, lequel assure une étanchéité dynamique entre la pièce de liaison et le tube, et oblige le fluide à s'écouler vers l'aval entre la portée de laminage du mandrin et l'ébauche du tube.
9. Procédé suivant revendication 8, caractérisé en ce que la pièce de liaison est monobloc avec le mandrin.
10. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que au moyen d'un deuxième moyen d' étanchéité annulaire, disposé en aval de la portée de laminage, on assure une étanchéité dynamique entre le mandrin et l'ébauche de tube, pour obliger au moins un fluide à retourner vers l'amont à travers un passage ménagé dans le mandrin.
11. Procédé suivant l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'un au moins des deux moyens d'étanchéité annulaire est un joint dynamique à lèvre, ou torique, ou un segment.
12. Laminoir pélerin à froid pour tube comprenant des cylindres montés dans une cage porte-cylindres qui effectue un mouvement de va et vient selon l'axe de laminage, des moyens de maintien et d'avance périodique de l'ébauche de tube, un mandrin qui a une portée de laminage de diamètre décroissant de l'amont vers l'aval et qui est monté sur une tige porte-mandrin et disposé à l'intérieur de l'ébauche ledit mandrin étant maintenu en position axiale par un pince-tige monté au voisinage de l'extrémité arrière de la tige caractérisé en ce que le pince-tige est monté sur un support fixe par l'intermédiaire d'un moyen de liaison permettant un glissement dans une direction parallèle à l'axe de laminage et en ce qu'un moyen d'entrainement alternatif, commandé par le cycle de laminage provoque, à des instants déterminés par rapport à ce cycle correspondant à des temps où l'ébauche est libérée de l'emprise des cylindres ayant lieu pendant la ou les phases de laminage, le recul du pince-tige en direction de l'amont puis son retour à la position initiale avec l'amplitude et la vitesse voulue, et en ce qu'un moyen d'introduction de fluide sous pression permet de faire circuler un fluide dans l'espace annulaire entre le mandrin et le tube ébauche au moins pendant la période durant laquelle le mandrin se trouve en retrait par rapport à sa position de laminage.
13. Dispositif suivant revendication 12, caractérisé en ce que l'entraînement alternatif du pince-tige est réalisé au moyen d'une came.
14. Dispositif suivant revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que entre le recul du pince-tige et son retour à sa position initiale il est prévu un temps de maintien en position de retrait.
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