FR2792857A1 - Procede de fabrication, en continu, d'une bande metallique - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une bande métallique à partir d'une bande élaborée à chaud, par défilement de celle-ci, en continu, dans une ligne de traitement comprenant successivement, dans un sens de défilement, des moyens d'élimination de la calamine, des moyens d'accumulation, des moyens de laminage à froid, un organe de cisaillage et des moyens de bobinage.Conformément à l'invention, pour s'adapter aux contraintes d'exploitation telles que le changement de bobine, on fait varier la vitesse de laminage sur une large plage, pouvant aller de moins de 1 m/ mn à plus de 1000 m/ mn et le laminage à froid est réalisé en au plus quatre passes entre des cylindres de travail dont le diamètre est suffisamment faible pour que la force de laminage nécessaire au maintien du taux de réduction d'épaisseur à chaque passe reste compatible, sur toute la plage de variation de vitesse, avec les possibilités de régulation d'épaisseur et de planéité du produit.

Description

i 2792857 L'invention a pour objet un procédé de fabrication sur une

ligne, en continu, d'une bande métallique telle qu'une tôle laminée en acier, à partir d'une bande élaborée

à chaud.

On sait que, d'une façon générale, la fabrication de produits métalliques nécessite tout d'abord l'élaboration d'un produit brut par coulée en lingotière ou coulée continue, une transformation à chaud par forgeage et/ou laminage à chaud et une transformation à froid comprenant diverses étapes qui dépendent de la nature du métal, par exemple acier ferritique ou austénitique, et du produit à fabriquer, par exemple acier ordinaire, acier inoxydable,

acier allié.

Habituellement, le produit élaboré à chaud est soumis, successivement, à un traitement de décapage pour l'élimination de la calamine, à un laminage à froid jusqu'à obtention de l'épaisseur souhaitée et, enfin, à des

traitements de finition.

Le laminage à froid s'effectue, normalement, en plusieurs passes successives, soit dans deux sens opposés sur un train réversible, soit sur plusieurs cages de

laminoir fonctionnant en tandem.

On sait que, dans un laminoir, le produit est entraîné entre deux cylindres de travail dont l'écartement est inférieur à l'épaisseur brute du produit en amont. Il se produit un écoulement du métal qui est entraîné par

frottement dans l'emprise entre les cylindres, jusqu'à une section de sortie dont l'épaisseur correspond sensiblement à l'écartement entre les cylindres de travail, avec une30 augmentation progressive de vitesse qui correspond à la conservation du métal.

Au cours du laminage, les cylindres de travail ont tendance à s'écarter l'un de l'autre et l'entrefer entre les génératrices en regard doit donc être maintenu par

application, entre les cylindres, d'un effort de serrage appelé souvent force de laminage.

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Sous l'effet de la force de laminage appliquée entre leurs extrémités, les cylindres ont tendance à fléchir. De plus, il se produit des déformations et des cédages des différents éléments de la cage, en particulier des colonnes sur lesquelles prennent appui les moyens de serrage. On dispose de divers moyens, dans une cage de laminage, pour compenser la déformation des cylindres et maintenir la régularité d'épaisseur. On peut, aussi, modifier la répartition des contraintes le long des génératrices d'appui des cylindres de travail, de façon à

corriger des défauts de planéité.

En fonctionnement normal, ces moyens de régulation permettent de maintenir les qualités de la bande, en particulier la régularité d'épaisseur et la planéité, sur la plus grande longueur de la bobine que l'on appelle souvent "corps de bande". Cependant, au début du déroulement d'une nouvelle bobine, il faut introduire l'extrémité amont ou "tête" de celle-ci, dans l'installation, sur une longueur suffisante pour permettre l'entraînement de la bande. Pour cela, la tête de la nouvelle bobine peut être soudée sur l'extrémité aval, ou "queue", de la bobine précédente. De même, à la sortie de l'installation, lorsque la bobine en cours d'enroulement a atteint sa dimension maximale, il faut cisailler la bande pour évacuer la bobine et fixer sur le mandrin d'enroulement, l'extrémité amont de la partie

suivante de la bande.

Divers moyens, par exemple, l'utilisation de deux enrouleuses, permettent de réduire le temps nécessaire à ces opérations, mais on ne peut éviter, de réduire la vitesse de défilement, en particulier dans les cages de laminage à froid, cette vitesse pouvant, même, devenir nulle si l'on

opère avec une seule enrouleuse.

Or, il est difficile, en pratique, de maintenir les qualités de la bande et, en particulier, la régularité d'épaisseur et la planéité, lorsque la vitesse de laminage

et la tension de la bande sont trop faibles.

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C'est pourquoi, à chaque extrémité de la bande enroulée et sur une certaine longueur, on ne peut,

généralement, pas obtenir toutes les qualités souhaitées.

Par ailleurs, il est nécessaire, avant le laminage à froid, d'éliminer, autant que possible, la calamine produite par oxydation en raison des traitements subis auparavant et, à cet effet, on peut utiliser divers procédés connus, par

exemple par grenaillage, décapage chimique etc...

Auparavant, les divers traitements à froid étaient réalisés de façon discontinue dans des installations différentes, le produit étant enroulé en bobine à la fin de chaque phase pour être transféré vers la phase suivante. Cependant, ces procédés non continus ont l'inconvénient de multiplier les opérations de déroulement et d'enroulement de15 bobines et de nécessiter des stockages intermédiaires qui engendrent des coûts importants, compte tenu des appareils

de manutention indispensables et du personnel nécessaire.

Depuis quelques années, on a développé des procédés de fabrication en ligne continue permettant de supprimer l'enroulement en bobine au moins pour certains étapes intermédiaires, en disposant des accumulateurs entre les sections qui fonctionnent à des vitesses instantanées différentes et peuvent même être arrêtées, en cas d'incident ou pour un changement de bobine, tandis que les autres

sections continuent à fonctionner.

En particulier, on connaît des procédés dans lesquels certaines opérations de transformation à froid sont réalisées en continu sur une seule ligne. Par exemple, le couplage du décapage avec le laminage à froid permet de

réduire, en grande partie, les inconvénients indiqués ci-

dessus. De telles installations peuvent avoir des capacités de production importantes. Jusqu'à présent, les procédés d'élaboration et de traitement à chaud permettaient de réaliser des bobines de bande à chaud d'épaisseur relativement forte. Pour atteindre les épaisseurs souhaitées habituellement, le travail de réduction d'épaisseur était

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donc important, généralement de l'ordre de 70% à 80% et jusqu'à 90% de réduction pour certaines qualités d'acier et il était nécessaire de disposer d'une puissance élevée pour le laminage. 5 Dans les lignes continues le laminage est réalisé dans un laminoir tandem comportant, normalement, quatre ou cinq cages. Les laminoirs susceptibles de développer la puissance nécessaire sont très onéreux et, habituellement, les installations en ligne couplée sont donc optimisées en privilégiant le fonctionnement du laminoir tandem qui

constitue le goulot d'étranglement de l'installation.

Comme on l'a indiqué, le laminoir doit au moins ralentir au changement de bobine mais on a observé que, si la vitesse de défilement diminue, le coefficient de frottement augmente, ainsi que la force de laminage à appliquer entre les cylindres de travail pour obtenir la réduction d'épaisseur souhaitée. Les déformations et cédages de la cage augmentent également et il existe une limite au delà de laquelle on ne peut plus laminer en assurant la

régulation d'épaisseur.

Normalement, on s'efforce donc de conserver une vitesse relativement élevée, de l'ordre de 300 m/mn, par exemple, de façon à ne pas entrer dans un domaine ou la faible vitesse interdirait de maintenir la qualité de25 l'épaisseur. Dans ces conditions celle-ci n'est affectée que d'une valeur faible, 1% ou quelques %, et sur une distance courte, qui peut être limitée à quelques mètres. Ainsi, la performance de mise au mille de l'ensemble de l'installation reste acceptable. D'ailleurs, la face extérieure de la bobine qui sert d'emballage à celle-ci, peut, de toutes façons, être plus ou moins détériorée lors des manutentions

et est donc sacrifiée.

Cependant, pour optimiser le fonctionnement du laminoir, celui-ci doit être adapté à certains types de produits et les autres sections de la ligne couplée, en

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particulier les installations de décapage et de finissage, doivent être prévues en conséquence. On dispose donc, paradoxalement, d'installations extrêmement couteuses dont les conditions de fonctionnement sont assez rigides. Or, la technique évolue constamment et, par exemple, les procédés d'élaboration et de traitement à chaud ont

connu, récemment, de grands progrès.

Ainsi, alors que, normalement, les bandes à chaud étaient produites à une épaisseur relativement forte, par exemple 2 à 6 mm, l'évolution de la technique a permis de réduire progressivement cette épaisseur jusqu'à 1,2 mm et l'on peut même envisager de disposer de bandes à chaud d'épaisseur encore plus faible, jusqu'à moins de 1 mm, par

exemple.

Il en résulte que la réduction d'épaisseur à effectuer dans le laminage à froid est plus faible. Or, la différence de vitesse entre l'entrée et la sortie du laminoir à froid dépend, évidemment de la réduction d'épaisseur à effectuer en raison de la conservation de la masse. Par conséquent, si la réduction d'épaisseur à

réaliser est, par exemple, de 50% ou moins, les installations placées en amont du laminage à froid devront fonctionner à une vitesse pouvant aller jusqu'à la moitié de25 la vitesse d'enroulement de la bobine.

De ce fait, pour les vitesses de laminage importantes, par exemple, de 800 à 1000 m/mn, que l'on envisage actuellement, la vitesse de décapage peut dépasser

400 m/mn.

Or, l'efficacité du traitement de décalaminage, en particulier par décapage chimique, est liée essentiellement à la surface traitée et celle-ci reste la même, quelle que soit l'épaisseur du produit. Par conséquent, pour des produits très minces, si l'installation de décapage est prévue pour une certaine vitesse en fonctionnement normal,

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il est difficile de réduire cette vitesse car la perte de

métal due au décapage deviendrait excessive.

D'autre part, alors que, dans les lignes couplées connues jusqu'à présent, on devait disposer d'une puissance de laminage importante pour réaliser le taux de réduction d'épaisseur souhaité, on peut envisager maintenant de réduire cette puissance de laminage et, par conséquent, le coût de l'installation de laminage, puisque le taux de

réduction d'épaisseur à réaliser ne dépasse pas 50%.

De ce fait, la part du laminoir dans le coût global d'une installation de production avec couplage diminue par

rapport aux autres sections de la ligne.

Par ailleurs, les besoins de la clientèle évoluent aussi constamment et il peut donc être gênant de disposer d'installations très onéreuses et, en même temps,

spécialisées dans un type de production.

L'invention a pour objet de remédier à de tels inconvénients grâce à un nouveau procédé de fabrication, en ligne continue, d'une tôle laminée, qui permet de s'adapter, de façon très flexible, à une modification des conditions de production, en gardant la possibilité, dans tous les cas, de résoudre l'ensemble des problèmes évoqués plus haut. En particulier, l'invention doit permettre de maintenir la régularité d'épaisseur et, d'une façon générale, la qualité de la tôle sur une longueur de bande au mois du même ordre que dans les installations actuelles les plus performantes

et, même, pratiquement sur la totalité d'une bobine.

L'invention s'applique donc d'une façon générale, à la fabrication d'une bande métallique à partir d'une bande élaborée à chaud, par défilement de celle-ci, en continu, dans une ligne de traitement comprenant successivement, dans un sens de défilement, des moyens d'élimination de la calamine, des moyens d'accumulation, des moyens de laminage à froid en plusieurs passes successives, un organe de

cisaillage et des moyens de bobinage.

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Conformément à l'invention, pour s'adapter à un changement des contraintes d'exploitation et à un ralentissement pour le changement de bobine, on peut faire varier la vitesse de laminage sur une large plage, pouvant aller de moins de 1 m/mn à plus de 1000 m/mn, sans modifier sensiblement la vitesse de défilement dans les moyens d'élimination de la calamine, et le laminage à froid est réalisé en au plus quatre passes entre des cylindres de travail dont le diamètre est suffisamment faible pour que la force de laminage nécessaire au maintien du taux de réduction d'épaisseur à chaque passe reste compatible, sur toute la plage de variation de vitesse, avec les possibilités de régulation d'épaisseur et de planéité du produit. Avantageusement, on utilise, pour le laminage à froid, des cylindres de travail dont le diamètre ne dépasse

pas 200 mm.

De façon particulièrement avantageuse, dans le procédé selon l'invention, la force de laminage nécessaire aux vitesses les plus basses est de l'ordre du double de la

force de laminage aux vitesses les plus hautes.

L'invention s'applique spécialement à la fabrication de tôles d'acier doux ou faiblement allié pour lesquels l'opération de laminage pourra, avantageusement, être

limitée à deux passes.

Selon une autre caractéristique préférentielle, pour réaliser la lubrification et le refroidissement des cages de laminage, on utilise une émulsion d'huile dans l'eau dont

l'indice de saponification ne dépasse pas 50.

L'invention couvre également une ligne de production industrielle d'une bande de tôle d'acier pour la mise en oeuvre du procédé et comprenant successivement, - une station de décapage primaire pour l'élimination de la calamine; - un équipement de laminage à froid en continu;

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- un organe de cisaillage de la bande pour fractionnement et mise en bobines;

- un dispositif de bobinage de la bande.

De préférence, la section de décapage de la ligne industrielle peut être du type chimique ou électrochimique, elle peut alors comporter un dispositif de planage sous

traction du type "brise-oxyde".

Avantageusement, selon les applications et les nuances d'acier la section de décapage peut aussi comprendre

un dispositif de grenaillage et/ou un dispositif d'abrasion.

Selon une caractéristique de l'invention, le laminage à froid est réalisé dans des cages de laminoirs équipées de cylindres de travail de faible diamètre. Pour cela, il sera particulièrement avantageux d'utiliser des cages multicylindres avec des cylindres intermédiaires disposés en grappe du type "cluster mill" ou des cages de laminoir dont les cylindres de travail sont associés à des

cylindres d'appui latéraux en particulier du type "Z-high".

Les cages de laminage seront avantageusement équipées de dispositif de contrôle de la planéité des bandes, par exemple, au moins un cylindre de soutien du type

à enveloppe tournante.

Le procédé selon de l'invention peut s'appliquer à des lignes dont le point de coupe de fractionnement se trouve à une distance telle de l'enrouleuse que la longueur développée de bande jusqu'à l'emprise de la dernière cage du laminoir est supérieure à 20 mètres, la régularité d'épaisseur restant assurée dans la partie qui constitue le

corps de la bande.

Mais le procédé selon l'invention peut aussi s'appliquer à des lignes dont le point de coupe de fractionnement se trouve à une distance telle que la longueur développée de la bande jusqu'à l'emprise de la dernière cage du laminoir soit inférieure à 20 mètres, la régularité d'épaisseur restant assurée dans la partie qui

constitue les extrémités de la bande.

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Selon une autre caractéristique très avantageuse, une ligne industrielle selon l'invention peut aussi être utilisée pour traiter des bandes élaborées à chaud directement à l'épaisseur finale et qui ne nécessitent pas de réduction d'épaisseur par laminage à froid mais

simplement une passe de laminage de finition du type "lskin-

pass". Les cages de laminoir seront alors avantageusement, des cages quarto du type "Z-high" dans lesquelles chaque ensemble constitué par un cylindre de travail, un cylindre intermédiaire et des cylindres d'appui latéraux constitue un insert qui peut être remplacé facilement par un cylindre de travail de gros diamètre pour constituer une cage de type

quarto travaillant en skin-pass.

Mais l'invention sera mieux comprise par la

description qui suit de certains modes de réalisation donnés

à titres d'exemples non limitatif de l'invention.

La figure 1 représente schématiquement une ligne couplée de fabrication de tôle pour la mise en oeuvre du

procédé selon l'invention.

La figure 2 représente schématiquement une autre

configuration de ligne couplée selon l'invention.

La figure 3 est un diagramme représentatif de l'évolution de la force de laminage en fonction de la vitesse pour des gros diamètres de cylindres de travail et

pour des petits diamètres.

La figure 4 est un diagramme de l'évolution du coefficient de frottement avec un lubrifiant adapté pour les

deux cas de la figure 3.

Dans l'installation représentée, à titre d'exemple, sur la figure 1, la bande à chaud qui provient par exemple d'une bobine non représentée, se déroule de la gauche vers la droite en passant tout d'abord dans une section de décapage 1 destinée à éliminer la calamine existante sur la tôle élaborée à chaud. Cette unité peut être de type connu: décapage chimique, décapage par brossage, grenaillage,

abrasion ou encore une combinaison de plusieurs techniques.

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Elle peut être avantageusement précédée d'un dispositif de planage sous traction 2 dont le rôle est de fissurer la

calamine pour faciliter l'action d'un décapage chimique.

L'installation de décapage 2 est particulièrement adaptée au traitement d'un tonnage annuel élevé de bande dont l'épaisseur peut être sensiblement plus faible que dans les installations couplées connues jusqu'à présent, par exemple inférieure à un millimètre. La ligne de décapage 1 sera donc prévue pour fonctionner à une vitesse élevée et celle-ci sera maintenue sensiblement constante, sans admettre des arrêts ni même des ralentissements importants pour s'adapter au fonctionnement de l'installation de laminage 3 placée en aval. L'installation de laminage 3 comprend une ou plusieurs cages fonctionnant en tandem et reliées à la section de décapage 1 par l'intermédiaire d'un dispositif

accumulateur de bande 4 associé à un bloc tensionneur 5.

Cette disposition permet de ralentir ou arrêter le laminoir sans perturber le fonctionnement du décapage. La vitesse

dans la section de décapage dépend du procédé de décapage et des caractéristiques de l'acier de la tôle élaborée à chaud.

L'accumulateur a la capacité nécessaire pour maintenir le fonctionnement du décapage à sa vitesse optimale pendant le temps o la vitesse de laminage est différente de celle du25 décapage, le bloc tensionneur assurant un contrôle séparé

des tractions dans les deux sections.

D'une façon générale, on sait que les laminoirs tandem à froid comportent une succession de cages disposées l'une à la suite de l'autre sur le trajet de la bande dont l'épaisseur est réduite progressivement. La bande est maintenue parfaitement tendue dans l'espace entre deux cages successives ou espace inter-cage, par réglage de la traction dans la bande à une valeur prédéterminée qui dépend des caractéristiques du produit en cours de laminage. En35 particulier, on maintient dans chacune des cages des conditions de laminage telles que l'on peut éviter il 2792857 d'atteindre des niveaux de traction risquant d'entraîner une rupture de la bande. La régulation du train tandem à froid est assurée de manière à obtenir une épaisseur de sortie de la bande parfaitement constante, en réglant notamment l'effort de laminage appliqué par le dispositif de serrage ainsi que les vitesses de la première et de la dernière cage. Les vitesses des cages intermédiaires, quand elles existent peuvent être déduites de ces conditions car elles sont imposées par la loi de conservation de la masse de métal traversant les

cages du laminoir.

Comme habituellement, les cages de laminoir comportent des moyens de réglage de l'effort de serrage appliqué, en cours de laminage, entre les cylindres du laminoir qui permettent, en particulier, de compenser les déformation de la cage sous l'effort de laminage, pour maintenir l'épaisseur du produit sensiblement constante en sortie de la cage. Ces dispositifs de serrage sont constitués généralement, par des vérins hydrauliques, prenant appui, dans un laminoir quarto, sur les extrémités

d'un cylindre de soutien de grand diamètre.

Les cages du laminoir 3 peuvent également être munies de dispositif de correction des défauts de planéité par modification de la répartition des contraintes le long25 de la génératrice d'appui. Une disposition de ce type, utilisant un cylindre de soutien à enveloppe tournante, a

été décrite, par exemple, dans les brevets français FR-A-

2553312 et FR-A-2572313 de la société déposante.

Toutes ces dispositions sont bien connues et peuvent être utilisées, de façon classique, dans le laminoir tandem

3, pour assurer la qualité de la bande laminée.

Mais l'invention diffère des dispositions habituelles par le fait que, pour s'adapter à des besoins variés, on va pouvoir agir de façon très flexible sur les conditions de fonctionnement de l'installation, en

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particulier la vitesse de laminage, tout en conservant la possibilité de maintenir la qualité de la bande laminée. Pour atteindre ce but, on a étudié de façon plus précise les influences respectives des différents facteurs qui interviennent dans le processus de laminage. Un paramètre essentiel pour assurer, dans des conditions déterminées, la réduction d'épaisseur souhaitée est, évidemment, le diamètre des cylindres de travail. Jusqu'à présent, dans les lignes couplées, il semblait normal, pour le laminage à froid, d'utiliser des cylindres de travail d'assez gros diamètre, de l'ordre de

500 mm.

En effet, le métal étant entraîné par frottement le long des faces circulaires des cylindres qui limitent l'emprise de laminage, un diamètre important par rapport à la réduction d'épaisseur à effectuer permet de diminuer l'angle de frottement et favorise, donc, l'entraînement de

la bande.

D'autre part, un grand diamètre permet d'augmenter la plage d'usure. Comme on le sait, en effet, les cylindres s'usent au contact du métal et doivent être périodiquement rectifiés, puis remplacés lorsque la diminution de diamètre devient excessive. Un diamètre plus grand permet d'admettre

une plage d'usure relativement plus importante.

De plus, les cylindres s'échauffent en cours de laminage et doivent être refroidis. Ce refroidissement s'effectue par la périphérie et est donc plus efficace

lorsque le diamètre est plus grand.

Ce refroidissement est effectué, normalement, par aspersion d'un fluide lubrifiant et le coefficient de frottement entre les cylindres et le produit, qui intervient également dans le processus de laminage, dépend du pouvoir

lubrifiant de ce fluide.

D'une façon générale, il est établi que la réduction d'épaisseur maximale possible au cours d'une passe de laminage peut être donnée par la formule:

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Ae < 2 (t + (Te-Ts) / 2F)2 D (1) o I est le coefficient de frottement, F l'effort de laminage, Ts et Te les tractions de sortie et d'entrée de la cage de laminoir et D le diamètre des cylindres de travail. Cette formule (1) montre, en particulier, que la réduction d'épaisseur dépend non seulement du diamètre des cylindres, mais aussi du coefficient de frottement et de la

force de laminage.

Ces divers paramètres, qui influent, en outre, les uns sur les autres, peuvent être déterminés de façon à réaliser le laminage dans les meilleures conditions possibles, avec maintien de l'épaisseur et de la planéité pour une vitesse normale de défilement correspondant à la

capacité de production de l'installation.

Mais, comme on l'a vu, des incidents ou, simplement, la nécessité de changer de bobine, imposent, périodiquement, des variations importantes de vitesse. On a donc eu l'idée d'étudier l'influence, sur le laminage, des paramètres mentionnés plus haut, en fonction des variations de la

vitesse de défilement.

Les diagrammes des figures 3 et 4 montrent, pour un acier courant, et selon le diamètre des cylindres de travail, les variations, en fonction de la vitesse de défilement indiquée en abscisse, respectivement de la force de laminage à appliquer et du coefficient de frottement. A titre d'exemple, les diagrammes ont été établis pour un

acier doux ayant une limite élastique de 25 kg/mm2.

Les courbes Al et B1 correspondent à un laminage effectué entre des cylindres de travail ayant, comme

habituellement, un assez gros diamètre de l'ordre de 500 mm.

La courbe A1 montre que, comme on l'a indiqué, la force de laminage, qui varie assez peu pour les fortes

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vitesses, augmente exponentiellement, à partir d'une vitesse limite qui, pour un diamètre de cylindres de 500 mm et pour

l'acier considéré, est de l'ordre de 400 m/mn.

Pour cette raison, il est habituellement jugé préférable, dans les installations classiques, de ne pas réduire la vitesse de laminage au dessous de 300 m/mn car, à partir de cette limite, la force de laminage augmente tellement que le laminage peut devenir impossible, la régulation d'épaisseur ne pouvant, de toutes façons, plus être assurée. Dans le cas représenté sur la figure 3, la force de laminage de 1500 Tonnes par mètre de largeur de tôle, qui est souvent considérée comme la limite L1 à ne pas

dépasser, est atteinte pour une vitesse de 200 m/mn environ.

Jusqu'à présent, de telles conditions semblaient normales pour une exploitation rentable des moyens de laminage. La société déposante s'est cependant avisée que, compte tenu de la productivité très élevée des lignes couplées et des quantités commandées habituellement, les tonnages à produire pour chaque type de produit étaient extrêmement réduits au regard de la capacité de production, et que, contrairement à ce qui était admis auparavant, il pouvait être plus avantageux de privilégier la flexibilité de l'installation pour faire face à des besoins variés en acceptant des inconvénients qui, au demeurant peuvent être

atténués.

un tel avantage apparaît, en particulier, lorsque l'on bénéficie des progrès réalisés dans les lignes d'élaboration et de traitement à chaud qui permettent d'obtenir des bandes à chaud d'épaisseur beaucoup plus réduite que précédemment. En effet, la réduction d'épaisseur à effectuer à chaque passe est plus faible, par exemple de moins 50% et les raisons indiquées ci-dessus, qui conduisaient à donner un diamètre assez important aux

cylindres de travail, deviennent moins importantes.

Or, la figure 3 montre qu'une réduction des cylindres de travail permet d'augmenter considérablement la

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plage de variation de la vitesse de laminage, celle-ci pouvant, même, devenir pratiquement nulle. En effet, on constate une très grande différence dans l'évolution de la force de laminage à appliquer, entre la courbe A1 qui correspond à un diamètre de 500 mm et la courbe A2 qui correspond à un diamètre de 140 mm. Alors que, pour un diamètre de 500 mm, si l'on réduit la vitesse de laminage, la force de laminage augmente de façon exponentielle à partir de 400 m/mn environ, la courbe A2 montre que, pour un diamètre de 140 mm par exemple, la force de laminage varie assezpeu lorsque l'on abaisse la vitesse de laminage, à partir de 300 m/mn environ et n'augmente ensuite que très progressivement, pour atteindre 500 T/m à une vitesse pratiquement nulle. Une telle valeur reste donc15 très inférieure à la limite L2 de la force de laminage admissible qui, pour le métal considéré et pour un diamètre

de 140 mm, est de l'ordre de 900 T/m.

De la sorte, il est possible, même à très faible vitesse, d'assurer encore la régulation d'épaisseur et de

planéité pour le maintien de la qualité de la tôle.

Cependant, le coefficient de frottement varie

sensiblement de la même façon que la force de laminage.

La courbe B1 de la figure 4, établie pour un diamètre de cylindres de 500 mm, montre en effet que, si l'on réduit la vitesse à partir d'une vitesse normale de laminage de 1000 m/mn, par exemple, le coefficient de frottement varie d'abord assez peu jusqu'à une vitesse de l'ordre de 400 m/mn mais augmente ensuite rapidement en

dessous de cette vitesse.

Par ailleurs, la formule (1) ci-dessus montre que si le diamètre des cylindres est plus faible, il faut augmenter le coefficient de frottement pour assurer la réduction d'épaisseur. Par conséquent, pour la mise en oeuvre de l'invention, il est intéressant d'utiliser, pour le

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refroidissement, un fluide ayant un pouvoir lubrifiant moins

élevé qu'habituellement.

De préférence, on utilisera comme lubrifiant une émulsion huile dans l'eau dont l'indice de saponification ne dépasse pas 50. Sur la figure 4, la courbe B2 représente, avec un tel lubrifiant et pour un diamètre de 140 mm, les variations du coefficient de frottement en fonction de la vitesse de laminage. Il apparaît que, dans ce cas, le coefficient de10 frottement reste, sur toute la gamme de vitesse, supérieur à celui que l'on obtient, habituellement, avec un diamètre de

500 mm.

En adaptant la qualité du lubrifiant, on peut donc donner aux cylindres de travail un diamètre assez réduit pour que, sur toute la gamme de vitesse, la force de laminage reste inférieure à la limite admise. De la sorte, il devient possible de réduire la vitesse sans craindre un refus d'entraînement et en conservant les possibilités de

régulation d'épaisseur.

L'utilisation de cylindres de travail de diamètre relativement faible, en pratique inférieur à 200 mm, va donc permettre de faire varier la vitesse de laminage sur une amplitude très grande, pratiquement de l'arrêt jusqu'à 1000 m/mn, sans augmenter considérablement la force de laminage à

appliquer.

De ce fait, les possibilités de réglage d'une telle ligne couplée sont beaucoup plus grandes et permettent de

répondre à des besoins très variés.

Certes, des cylindres de travail de plus petit diamètre présentent, par rapport aux cylindres plus gros, certains inconvénients mais ceux-ci sont compensés par les avantages économiques qui résultent de l'utilisation d'une ligne flexible et ils peuvent, de toutes façons, être atténués. Par exemple, si les cylindres de petit diamètre ont une plage d'usure plus réduite, il peuvent, en revanche,

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être réalisés en un matériau plus résistant, par exemple

acier rapide ou fritté.

D'autre part, on sait que les cylindres de travail sont soumis à un effort de flexion dans le sens longitudinal de défilement du produit, qui est perpendiculaire à leur axe et des cylindres de travail de gros diamètre résistent mieux à cette flexion. Cependant, on a développé des cages de laminoir dans lesquels des cylindres de travail de petit diamètre sont associés à des moyens de maintien latéraux10 leur permettant de résister à la flexion dans le sens longitudinal. Même si de tels laminoirs qui sont dits de type "Z-high" ou "cluster-mill"l peuvent être plus onéreux que les laminoirs classiques, dans le cadre de l'invention, leur utilisation est rentable en raison de l'avantage économique considérable apporté par la flexibilité de la ligne. En particulier, alors que, jusqu'à présent, de tels laminoirs étaient utilisés essentiellement pour des aciers durs, par exemple un acier à haut carbone ou un acier inoxydable, les avantages de la ligne couplée selon l'invention permettent de rentabiliser leur utilisation même pour des aciers doux, en particulier du type obtenu dans les installations d'élaboration de bandes à chaud de faible

épaisseur, par exemple par coulée continue de bande mince.

D'autres moyens permettent, également, d'améliorer le fonctionnement d'une ligne selon l'invention, en réduisant les inconvénients liés à l'utilisation de cylindres de petit diamètre. On peut, par exemple, jouer sur

le régime des tractions appliqué dans le laminoir tandem.

Cependant, dans une ligne flexible selon l'invention la configuration des équipements et la vitesse nécessaire à la production ne permettent pas des différences de traction élevées et il semble donc préférable de jouer sur le

coefficient de frottement.

En effet, un coefficient de frottement trop faible pour une réduction imposée, peut conduire à un refus

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d'entraînement de la tôle dans l'emprise et à un patinage de

la cage.

Pour réduire le diamètre des cylindres utilisés dans le but de limiter l'effort de laminage, on va donc déterminer le pouvoir lubrifiant du fluide de refroidissement de façon à conserver un coefficient de frottement assez important pour obtenir le niveau de

réduction souhaité.

Un tel choix permet de combiner la valeur souhaitée du coefficient de frottement et l'évacuation nécessaire des calories. Il apparaît donc que, dans un procédé selon l'invention, l'utilisation, dans des cages de laminage de cylindres petit diamètre, par exemple inférieur à 200 mm, avec un lubrifiant adapté, permet de faire varier la vitesse de laminage dans une plage très large allant des valeurs élevées, de l'ordre de 1000 m/mn jusqu'aux valeurs les plus basses, voire la vitesse nulle, tout en limitant l'effort de laminage nécessaire à la réduction souhaitée à un niveau20 inférieur à la limite L2. Ceci autorise donc le maintien de tolérances d'épaisseur serrées sur toute la longueur des bandes, corps et extrémités comprises et quelle que soit la

vitesse à laquelle elles ont été laminées.

Le procédé selon l'invention permet donc de produire, à partir d'une bande d'acier élaborée à chaud, une bande décapée et laminée à froid ayant une régularité d'épaisseur améliorée dans une gamme de vitesse élargie particulièrement dans le domaine des basses et des très

basses vitesses de laminage.

La lubrification des cages de laminage sera assurée par un fluide adapté tel que défini précédemment et constitué, avantageusement, d'une émulsion d'huile dans de

l'eau ayant un indice de saponification au plus égal à 50.

Une ligne industrielle selon l'invention comporte en sortie un dispositif de bobinage 7 précédé d'un dispositif

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de fractionnement de bande 6 pour constituer des bobines aisément transportables. Un peu avant la coupe, il faut diminuer la vitesse et l'extrémité aval de la bande enroulée est donc hors tolérance. Après la coupe, l'extrémité amont de la partie suivante de la bande doit être enroulée de quelques tours sur le mandrin d'enroulement, avant de revenir à une vitesse

et sous une traction permettant la régulation d'épaisseur.

C'est pourquoi, comme indiqué plus haut, une bobine de tôle laminée comprend un corps de bande couvrant la plus grande partie de la longueur et pour lequel la qualité a pu être maintenue dans des tolérances acceptables, et deux extrémités dont la longueur ne peut être abaissée au dessous d'une certaine limite, par exemple 20 m, pour lesquelles la15 tolérance d'épaisseur ne peut être maintenue de la même façon. Le procédé selon l'invention permet d'améliorer la tolérance d'épaisseur même à des vitesses très faibles de laminage ainsi que sur la longueur laminée hors traction pendant le redémarrage. Il est alors possible, sans augmenter le taux de mise au mille, d'envisager de nouvelles configurations de ligne couplée dans lesquelles en particulier, la dernière cage de laminage pourra se trouver

à une distance assez grande de l'enrouleuse.

L'invention ne se limite donc pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit, le procédé selon l'invention permettant, sans s'écarter du cadre de

protection défini par les revendications, d'imaginer

d'autres configurations dans le but de s'adapter aux besoins

du client ou, par exemple, à une installation existante.

Dans la configuration représentée sur la figure 1, par exemple, on a placé, entre la sortie de l'installation de laminage 3 et l'enrouleuse 7 un dispositif de huilage 8 destiné à donner une protection contre la corrosion au produit terminé et un bloc tensionneur puissant 9 de manière à maintenir une traction dans la bande lorsque celle-ci est

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coupée pour terminer une bobine. Ceci favorise encore le maintien de tolérances d'épaisseur serrées en évitant les variations de traction dans l'emprise de la dernière cage de laminage. Comme on l'a indiqué, au moins une cage du laminoir 3 est avantageusement du type "Z- high". Or, celle-ci peut être transformée en réalisant chaque ensemble constitué d'un cylindre de petit diamètre, d'un cylindre intermédiaire et des appuis latéraux, sous forme d'un "insert" qui peut être remplacé par un cylindre de plus gros diamètre, par exemple supérieur à 500 mm, de façon à réaliser une cage de type quarto pouvant effectuer un traitement de skin-pass entre

les cylindres de travail.

Un autre avantage d'une ligne couplée selon l'invention sera donc de pouvoir utiliser une partie du temps de production pour produire des bobines de tôles dont l'épaisseur est directement celle de la bande élaborée à chaud et qui ne nécessite pas de réduction d'épaisseur à froid mais seulement un décapage et une passe de laminage de

finition de type "skin-pass".

On peut ainsi très facilement augmenter les

possibilités d'une ligne existante.

La disposition d'une ligne industrielle selon la figure 1 nécessite un espace important entre la dernière cage et le point de coupe de la bande pour fractionnement dans le dispositif de cisaillage 6 et la coupe est réalisée à très basse vitesse, voire à l'arrêt. Le procédé selon l'invention permet, cependant, de garantir la tolérance de l'épaisseur dans cette partie de la bande qui fait donc partie du corps de bande alors qu'elle serait largement hors tolérance avec un procédé conventionnel dans cette partie de la bobine. Celle-ci pourra donc être vendue avec garantie, ce qui permet d'éviter des redéroulages et des contrôles coûteux. Mais on peut aussi imaginer une ligne plus compacte et ne comportant pas tous les dispositifs de parachèvements

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précédents. Ainsi, la ligne représentée schématiquement sur la figure 2 comprend une section de décapage 1 et une section de laminage 3 entre lesquelles est placé un dispositif 2 d'accumulation de bande 4 et un bloc de contrôle des tractions 5. Un dispositif de planage sous traction brise oxyde peut aussi être installé en amont de la section de décapage 1. La sortie d'une telle ligne comprend alors simplement le dispositif de cisaillage 6, pour le fractionnement, suivi du dispositif d'enroulement 7.10 Lors du cisaillage, la bande dans l'emprise se trouve hors traction ce qui, dans les procédés conventionnels engendrerait une brusque variation de l'épaisseur. La distance entre le point de fractionnement et l'emprise de la dernière cage et courte et généralement inférieure à 20 mètres en longueur développée de bande laminée. Cette zone se situe donc dans les extrémités de bande dont la tolérance d'épaisseur est de manière

traditionnelle moins serrées que celle du corps de bande.

L'utilisation d'un procédé selon l'invention permet toutefois d'améliorer cette tolérance d'épaisseur pendant le ralentissement et jusqu'à l'arrêt, ainsi que sur la longueur laminée hors traction pendant le redémarrage, de telle sorte que les extrémités des bandes respectent la tolérance

d'épaisseur fixée par le client.

Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les

revendications, ont pour seul but de faciliter la

compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement

la portée.

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Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une bande métallique à partir d'une bande élaborée à chaud, par défilement de celle-ci, en continu, dans une ligne de traitement comprenant successivement, dans un sens de défilement, des moyens d'élimination de la calamine, des moyens d'accumulation, des moyens de laminage à froid en plusieurs passes successives, un organe de cisaillage et des moyens de bobinage, 10 caractérisé par le fait que, pour s'adapter aux contraintes d'exploitation telles que le changement de bobine, on fait varier la vitesse de laminage sur une large plage, pouvant aller de moins de 1 m/mn à plus de 1000 m/mn et que le laminage à froid est réalisé en au plus quatre passes entre des cylindres de travail dont le diamètre est suffisamment faible pour que la force de laminage nécessaire au maintien du taux de réduction d'épaisseur à chaque passe reste compatible, sur toute la plage de variation de vitesse, avec les possibilités de régulation d'épaisseur et

de planéité du produit.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour le laminage à froid, on utilise des

cylindres de travail dont le diamètre ne dépasse pas 200 mm.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,

caractérisé par le fait que la force de laminage nécessaire aux vitesses les plus basse est, au plus, de l'ordre du

double de la force de laminage aux vitesses les plus hautes.

4. Procédé selon l'une des revendications

précédentes caractérisé en ce que la tôle est en acier doux

ou faiblement allié.

5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que la tôle est soumise à au plus deux passes de laminage

à froid.

6. Procédé selon l'une des revendications

précédentes caractérisé en ce que, pour réaliser la lubrification et le refroidissement des cages de laminage,

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on utilise une émulsion d'huile dans l'eau dont l'indice de

saponification ne dépasse pas 50.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la régulation

d'épaisseur et la correction de planéité restent assurées en cas de diminution de la vitesse de défilement et de la tension de la bande et jusqu'à retour à une vitesse et sous

une tension normale.

8. Ligne industrielle continue de fabrication d'une bande de tôle d'acier pour la mise en oeuvre du procédé

selon les revendications 1 à 6 comprenant successivement:

- une station de décapage pour l'élimination de la calamine; - un équipement de laminage à froid en continu; - un organe de cisaillage de la bande pour fractionnement et mise en bobines;

- un dispositif de bobinage de la bande.

9. ligne de fabrication selon la revendication 8 caractérisée en ce que la station de décapage est du type

chimique ou électrochimique.

10. Ligne de fabrication selon la revendication 9 caractérisée en ce que la station de décapage comprend en

outre un dispositif de planage sous traction du type "brise-

oxyde".

11. Ligne de fabrication selon l'une des

revendications 9 et 10 caractérisée en ce que la station de

décapage comporte en outre un dispositif de grenaillage

et/ou un dispositif d'abrasion.

12. Ligne de fabrication selon l'une des

revendications 8 à 11 caractérisée en ce qu'au moins une des

cage de laminage à froid est du type "cluster mill".

13. Ligne de fabrication selon l'une des

revendications 8 à 11 caractérisée en ce qu'au moins une des

cage de laminage à froid est du type "Z-high".

14. Ligne de fabrication selon la revendication 13 caractérisée en ce que la cage de laminoir "Z-high" comprend

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au moins un cylindre d'appui du type à enveloppe tournante

prenant appui sur une série de patins réglables radialement.

15. Ligne de fabrication selon l'une des

revendications 8 à 14, caractérisée par le fait que la

longueur des extrémités hors-tolérance de la bande peut être inférieure à la distance entre la dernière cage de laminage

et l'organe de cisaillage.

16. Ligne de fabrication selon la revendication 15 caractérisée en ce que l'organe de cisaillage est écartée de la dernière cage de laminage à froid d'une distance correspondant à une longueur développée de bande d'au moins

mètres.

17. Ligne de fabrication selon la revendication 15 caractérisée en ce que l'organe de cisaillage est écartée de la dernière cage de laminage à froid d'une distance correspondant à une longueur développée de bande inférieure

à 20 mètres.

18. Ligne de fabrication selon la revendication 12 caractérisée en ce que le laminoir "cluster mill" comprend un groupe de cylindres susceptibles d'être remplacés par des cylindres de travail ayant un diamètre d'au moins 500 mm

pour réaliser une passe de laminage du type "skin-pass".

19. Ligne de fabrication selon la revendication 13 caractérisée en ce que le laminoir "Z-high" comprend des inserts susceptibles d'être remplacés par des cylindres de travail ayant un diamètre d'au moins 500 mm pour réaliser

une passe de laminage du type "skin-pass".