FR2502522A1 - Procede et installation pour la fabrication d'un produit allonge en aluminium, par coulee, extrusion et laminage, en continu - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE A UN PROCEDE CONTINU DE FABRICATION DE FIL MACHINE, OU D'AUTRES PRODUITS DE FORME ALLONGEE, EN ALUMINIUM. LE PROCEDE COMPREND, D'AMONT EN AVAL: UNE COULEE CONTINUE POUR FORMER UNE BARRE COULEE, UNE EXTRUSION CONTINUE DE LADITE BARRE ET UN LAMINAGE CONTINU.
Description
1 250t522 L'invention est relative à un procédé de
fabrication d'un produit allongé en aluminium, le pro-
cédé comprenant une coulée continue d'une barre coulée suivie d'un laminage en continu. Par produit allongé, on entend tout produit, tel qu'un fil, une bande ou un profilé, ayant une dimension de longueur dont l'ordre de grandeur est nettement supérieure à celui des deux
dimensions perpendiculaires à cette longueur, indépen-
damment de la forme de la section perpendiculaire à la longueur, carrée, rectangulaire, ronde, trapézoïdale ou autre. Ce sont des produits qui sont parfois appelés
des produits de longueur "infinie".
Toutefois, la coulée continue présente un
inconvénient qui se fait particulièrement sentir pen-
dant le laminage subséquent. On sait que la coulée con-
tinue produit des porosités dûes au refroidissement iné-
gal des parois de la gorge dans lequel l'aluminium se solidifie pour former ladite barre coulée. On essaie d'éliminer cette porosité par un laminage à grande réduction pour réaliser une compression suffisante pour fermer les pores, mais cette compression produit des tensions internes qui risquent de produire des fissures,
surtout aux endroits o se sont rassemblés des concen-
trés des phases eutectiques cassantes. C'est la raison pour laquelle on a essayé de trouver une solution à ce problème en recherchant un refroidissement plus égal
des parois de la gorge de solidification, mais les solu-
tions pratiques apportées conduisent à une plus grande accumulation de la phase eutectique à la surface, ce
qui produit des fêlures lors du laminage subséquent.
Inversement, les solutions possibles pour éviter lors de la Solidification, des concentrations des phases eutectiques afin d'éviter des fêlures de laminage, se
trouvent être du type qui ne permettent pas l'élimina-
tion des porosités du métal en solidification. L'ob-
tention d'une meilleure qualité du produit laminé à partir d'une barre coulée pose donc un problème qui
reste entier.
Le procédé suivant l'invention est caracté-
risé par le fait que, entre la coulée continue et le laminage, ladite barre coulée est soumise à une extru-
sion continue.
Il est à noter que l'extrusion, telle qu'elle
est connue à ce jour, pour former des profilés allon-
gés à partir d'un bloc coulé, nécessite une préparation
d'homogénisation et une élimination, par voie mécani-
que, des concentrations de phase eutectique à la surfa-
ce afin d'obtenir une vitesse de sortie suffisamment
économique. Toutefois, une barre coulée en continu sui-
vant les méthodes connues à ce jour, par exemple roue de coulée, présente une hétérogénéité beaucoup plus faible qu'un bloc coulé, et il est apparu qu'elle peut être traitée-directement par extrusion, en omettant
la phase de&préparation classique, à une vitesse suf-
fisante pour recevoir la barre sortant de la roue de coulée à sa vitesse économique normale. Par conséquent,
une extrusion en continu à la sortie de la coulée con-
tinueparait être possible aux vitesses économiques nor-
males. Grâce à cette extrusion, le métal sous l'effet conjoint de la chaleur et de la pression, est poussé très loin dans le domaine de la déformation plastique, de façon à détruire la structure hétérogène dendritique
poreuse avec ses concentrés d'eutectique, et la struc-
ture obtenue est semblable à une structure homogénéi-
sée après laminage à chaud.
Une installation pour l'utilisation de la présente invention comportera donc, disposés d'amont en aval: une installation de coulée continue d'une barre coulée, une presse d'extrusion continue, et un laminoir continu. L'installation de coulée continue
sera de préférence une roue de coulée continue.
Le procédé reste très économique, puisqu'il s'agit d'un procédé continu, partant de métal fondu, qui ne nécessite pas de réchauffage du métal après refroidissement, qui serait nécessaire pour toute
opération intermédiaire de préparation pour l'extru-
sion. Pour l'extrusion, on utilise la chaleur inhérente au métal solidifié, sans chauffage substantiel, bien qu'un chauffage intermédiaire entre la sortie de la coulée continue et l'entrée de la machine d'extrusion
puisse être appliqué pour obtenir une température idéa-
le d'entrée de mise en oeuvre de l'alliage, des dimen-
sions utilisées et des autres paramètres du système d'extrusion. Un très grand avantage de l'invention réside
dans le fait que la section transversale du produit ex-
trudé peut être choisie librement, c'est-a-dire que la forme initiale pour le laminage ultérieur peut être choisie. Le procédé est donc très universel en ce qui concerne la forme géométrique du produit fini, et peut
être appliquée spécialement pour la fabrication de ban-
des plates. L'orifice d'extrusion aura alors la forme d'un rectangle plat, cest-à-dire dont la longueur est
plus du double de la largeur. Le produit après lamina-
ge peut en outre avoir la forme de fil machine, ayant
une section circulaire d'un diamètre variant en géné-
ral de 5 à 20 millimètres, dans la plupart des cas en-
tre 7 et 12 millimètres.
L'invention sera expliquée ci-après en réfé-
rence aux dessins, donnés à titre d'exemple. Sur ces dessins:
- la Fig.l représente une vue d'un disposi-
tif d'extrusion utilisé de préférence dans l'invention; - la Fig.2 représente une vue de la roue de coulée utilisée dans l'invention;
- la Fig.3 représente une section de la jan-
te de la roue de coulée, suivant la ligne AA de la
Figure 2.
25025t2
L'extrusion continue, donnée à titre d'exem-
ple, sera effectuée par le procédé appelé" conform extrusion" et expliquée en détail dans les brevets
US 3.765.216 et US. 4.101.253, l'appareil étant dis-
ponible, entre autres, chez la Société Babcock Equip- ment Ltd., Grande Bretagne. Ce procédé est illustré à la Fig.l. L'appareil utilisé dans ce système comprend
une roue de friction 1 de 450 mm de diamètre et tour-
nant à une vitesse de 55 tours par minute environ.La circonférence de cette roue comporte une gorge 2 qui est recouverte, sur un angle " (en général de quelque 1000) de la circonférence, par une pièce de fermeture 3 de façon à former un conduit 4 qui se termine par un orifice d'extrusion 5. La barre coulée 6 est dirigée, tangentiellement à la roue, et dans le sens de la flèche 7, vers l'entrée de la gorge d'extrusion. La friction de la roue contre la barre coulée produit un chauffage et génère une pression à l'intérieur de la gorge qui résulte en une poussée vers l'extérieur de l'aluminium à travers l'orifice 5, et dans le sens de la flèche 8,
sous forme d'un produit allongé, dont la section trans-
versale aura la forme de l'orifice 5. Ce procédé sera
nommé ci-après "extrusion à friction".
On peut par exemple former une barre-coulée
6 en alliage Al-Mg-Si, par coulée sur une roue de cou-
lée, connue dans la technique, et produisant une barre ayant une section de 2.100 mm et sortant à une vitesse
de 12 m par minute et à une température de- 5000C envi-
ron. Cette barre est dirigée immédiatement vers l'en-
trée de la roue de friction 1, o elle est extrudée et o le métal extrudé a une section transversale de 1000 mm2. Le métal est ensuite laminé avec une
réduction de 20% par pas jusqu'à un diamètre de 9,5 mm.
On forme, de préférence, une barre de cou-
lée ayant une hétérogénéité et porosité aussi faible que possible. Un moyen pour atteindre ce but peut consister 5. à utilisée une roue de coulée continue 11 ( Fig. 2 et
3) ayant une jante munie d'une rainure 12 sur sa cir-
conférence, qui est recouverte pour sa plus grande partie par une bande métallique sans fin 13 de façon à former un conduit de solidification 14. Cette bande défile, tout en étant guidée sur les roues 15, 16, 17 et 18, à la même vitesse linéaire ( dans le sens de la flèche 19) que la vitesse linéaire de la circonférence
de la roue. Le métal liquide est introduit par la bus-
sette 20, et la barre solidifiée 21 sort dans le sens de la flèche 22. Les surfaces intérieures et latérales de la jante sont refroidies par des jets d'eau, sortant d'un ensemble de bases disposées en arc de cercle 23 à l'intérieur de la roue de coulée, comme illustré en
détail aux Fig. 2 et 3. La surface supérieure, recou-
verte par la bande 13 est également refroidie par des jets d'eau disposés en arc de cercle 24 et 25, comme bien connu dans la technique de coulée continue. A réfrigération égale du côté jante et du côté bande, ce
dernier côté se refroidirait plus vite puisque la ban-
de, qui doit être flexible, est plus mince. C'est ainsi
que se formeraient des porosités dûes à une réfrigéra-
tion inégale. C'est la raison pour laquelle l'arc de
réfrigération 24, 25 de la circonférence, situé du cô-
té de la bande, est décalé d'un angle/9 par rapport à l'arc de réfrigération 23 situé du côté de la jante, afin d'obtenir une réfrigération plus équilibrée. Cet angle de décalage peut être ajusté par un déplacement suivant les flèches 26, du demi-arc 24, par rapport au demi-arc 25, et cet angle est à régler pour chaque cas particulier en fonction de la vitesse de coulée
et de la section de la barre, de l'alliage, de la tem-
pérature etc. Il faut toutefois que se forme, immédia-
tement et tout au début de la conduite de coulée et
du côté de la bande, une pellicule d'aluminium suf-
fisamment épaisse pour éviter que les composés eutec-
tiques ne soient entrainés vers la surface, en trans-
perçant cette pellicule, lors de la solidification,car c'est cette poussée à travers la pellicule initiale qui est responsable des concentrations de composés eutectiques à la surface, du côté de la bande. Afin de former, tout au début, cette pellicule suffisamment
épaisse, le système de refroidissement situé du cô-
té de la bande, est en outre muni d'une buse 27 située tout au début du conduit de coulée, et le débit du jet
d'eau sortant de cette buse est réglé de façon à obtè-
nir une pellicule suffisamment épaisse, sans toutefois trop désiquilibrer le refroidissement du côté de la
bande par rapport à l'autre côté.
On utilisera de préférence le procédé suivant
l'invention dans un procédé de fabrication de fil ma-
chine en aluminium Al-Mg-Si pour conducteur électrique, c'est-à-dire un alliage ayant comme composition 0,3 à 0,9% de magnésium, 0,25 à 0,75% de silicium, O à 0,60% de fer, le reste du métal étant de l'aluminium et des
impuretés. Avec un tel alliage, on opère de telle sor-
te que l'extrusion continue précède une trempe jusqu'à une température inférieure à 2600C, pendant laquelle l'aluminium est-laminé pour obtenir le fil machine, ou on opère de telle sorte que l'extrusion continue
précède une étape de trempe purement thermique, c'est-
à-dire sans travail mécanique et jusqu'à une tempéra-
ture inférieure-à 2600C, suivie d'une deuxième étape thermomécanique dans laquelle l'aluminium est travaillé à une température allant de 1300C à 2600C et est soumis
ensuite, avant tout travail ultérieur, à un vieillisse-
ment. Cette deuxième étape suivra la première de pré-
férence immédiatement et dans une même opération conti-
nue. Dans les demandes antérieures LU 80.656 et LU 83.
249, émanant du même inventeur il a été expliqué qu'un tel traitement, o la trempe peut être précédée par un
travail à chaud à une température aus!5i haute que possi-
ble, de préférence supérieure à 470'C, et avec un re-
froidissement minimal afin de garder un maximum d'élé-
ments d'alliage en solution avant la trempe, donne une structure métallographique très avantageuse. C'est
dans ce cadre que ce travail a chaud peut être consti-
tué par l'étape d'extrusion utilisée dans la présente invention. Ceci est très avantageux, puisqu'il s'agit d'un travail o le métal ne se refroidit pas, mais au contraire est réchauffé.. On obtient ainsi en plus,
les avantages de la présente invention.
Il faut remarquer que le but principal de
l'extrusion est d'améliorer la structure métallogra-
phique de l'aluminium, et pas nécessairement de rédui-
re la section de la barre coulée qui entre dans la presse d'extrusion continue.-Lorsqu'on le désire, la section de l'orifice d'extrusion peut être plus grande que la section de la barre coulée. La taille peut être adaptée en fonction de la vitesse et de la section la plus appropriée à la sortie de la roue de coulée et a
l'entrée du laminoir.
Il est à noter que le métal utilisé dans la présente invention peut aussi bien être de l'aluminium
pur ou un alliage d'aluminium, c'est-à-dire dans le-
quel l'aluminium est le composant prépondérant, le
métal utilisé étant dénommé sous le terme général d'"a-
luminium".
Il est clair que d'autres variantes o équivalents de la présente invention peuvent ressortir
de la présente description, sans toutefois sortir du
cadre de la présente invention.
Claims (10)
1.- Procédé de fabrication continue d'un produit allongé en aluminium, comprenant une coulée continue d'une barre coulée suivie d'un laminage en
continu, caractérisé en ce que, entre la coulée conti-
nue et le laminage, la barre coulée est soumise à une
extrusion continue.
2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrusion continue est réalisée
par une extrusion à friction.
3.- Procédé suivant l'une quelconque des
revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'orifice
d'extrusion a la forme d'un rectangle plat.
4.- Procédé suivant l'une quelconque des
revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la section
de l'orifice d'extrusion est plus grande que la section
de la barre coulée.
5.- Procédé suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la coulée
continue est effectuée sur une roue de coulée dont la
jante comporte une rainure (12) recouverte par une ban-
de flexible (13) formant ainsi un conduit de coulée (14), le refroidissement du côté de la bande (13) étant retardé par rapport au refroidissement du côté de la jante, à
l'exception d'un jet d'eau dirigé vers ladite bande si-
tué au début du conduit de coulée.
6.- Procédé suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'aluminium
est un alliage d'aluminium Al-Mg-Si pour conducteur élec-
trique.
7,- Procédé suivant la revendication 6, carac-
térisé en ce que l'extrusion continue précède une trempe
jusqu'à une température inférieure à 2600C, pendant la-
quelle l'aluminium est laminé pour obtenir un fil ma-
chine.
8.- Procédé suivant la revendication 6, carac-
térisé en ce que l'extrusion continue précède une étape
de trempe purement thermique, suivie d'une étape ther-
momécanique dans laquelle l'aluminium est travaillé à une température allant de 130 à 2600C et est soumis
ensuite, avant tout travail ultérieur, à un vieillisse-
ment.
9.- Installation pour la mise en oeuvre du
procédé suivant l'une quelconque des revendications
1 à 8, comportant, disposés d'amont en aval, une ins-
tallation de coulée continue (11) d'une barre coulée
et un laminoir continu, caractérisée en ce que l'ins-
tallation comporte, entre l'installation de coulée
continue et le laminoir, une presse d'extrusion conti-
nue (1).
10.- Installation suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la presse d'extrusion continue
est une roue pour extrusion à friction.
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