LU83456A1 - Procede de laminage d'ebauches en vue de la production de gros profiles - Google Patents

Description

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Procédé de laminage d'ébauches en vue de la production de gros profiles

La présente invention concerne un procédé de laminage d'ébauches en vue de la production de gros profilés en acier, notamment de grosses pout-5 relies à larges ailes à hauteurs d'âme de 1 m.

Les procédés classiques de laminage font habituellement intervenir les étapes suivantes: ^ 10 - On produit une section rectangulaire ou carrée (bloom) par laminage d'un lingot sur une cage comportant deux cylindres horizontaux (bloo-ming ou break-down). Cette section rectangulaire peut aussi être produite par coulée continue avec ou sans laminage subséquent sur une cage dégrossisseuse blooming ou break-down afin d'obtenir les dimen-15 sions souhaitées. La section doit avoir une largeur légèrement inférieure à la largeur de la première cannelure profileuse qui est ensuite utilisée.

- Cette cannelure profileuse est généralement disposée sur une cage 20 comportant deux cylindres horizontaux (blooming ou break down). En effectuant plusieurs passes de laminage dans cette cannelure profileuse on obtient une ébauche dont la forme est telle qu'elle permette le laminage subséquent sur les autres cages du laminoir jusqu'à l'obtention du produit fini. L'épaisseur de la section 25 rectangulaire doit être choisie de manière à obtenir un remplissage correct de toutes les parties de la section de l'ébauche.

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Ces procédés classiques présentent plusieurs inconvénients: - La nécessité de produire soit des lingots, soit des sections de coulée continue de forte épaisseur.

5 - La perte de matière due au fait que les extrémités des ébauches doivent dans certains cas être chutées avant de poursuivre le lami- ' nage sur les autres cages du laminoir.

Afin d’éliminer ces inconvénients, on a proposé d'utiliser comme 10 produit de départ des brames de section rectangulaire au lieu de lingots. L'idée à la base de ces procédés est la suivante:

Par refoulement de la largeur d'une brame entre deux cylindres horizontaux ou verticaux il se forme aux extrémités de la brame des ailes 15 qui permettent d'obtenir une ébauche en soumettant la brame élargie aux extrémités à un laminage soit en cannelure profileuse classique soit en cage universelle.

Λ L’élargissement des extrémités d'une brame soumise au refoulement est 20 un phénomème bien connu des lamineurs, dont il faut tenir compte lors du laminage de produits de section rectangulaire.

L'évolution de la forme des bords libres d'une section rectangulaire soumise au laminage est étroitement liée à un paramètre défini comme 25 étant le rapport entre la longueur projetée de l'arc de contact et la hauteur moyenne du produit.

Si l'on désigne par : R le rayon des cylindres ho la hauteur initiale de la section rectangulaire 30 hl la hauteur finale de la section rectangulaire ce rapport peut »'écrire ·, g *· Id hui 35 avec ld = V R(ho-hl) et hm = ho + hl 2 - 3 - L’élargissement est défini comme étant l'écoulement de matière s'effectuant dans la direction perpendiculaire aux directions de laminage et de réduction.

5 Pour un rapport g faible, l'élargissement des bords libres non-soumis à la pression de laminage directe, est localisé préférentiellement aux extrémités des bords libres conduisant à une forme évoquant un diabolo. L'épaisseur à mi-hauteur de la section n'est pas affectée par la déformation et reste constante.

10 ’ Pour un rapport g élevé, l'élargissement est concentré à mi-hauteur de la section, conduisant à une forme évoquant un tonneau.

La valeur du rapport g séparant les deux modes d'élargissement est 0,6 15 S 0,7.

Pour cette valeur limite l'élargissement des bords libres est constant sur toute la hauteur des bords libres.

*s 20 Tous les procédés de laminage de poutrelles à partir de brames sont basés sur le mode d'élargissement obtenu pour des faibles valeurs du rapport g.

Cependant les procédés qui utilisent une cage universelle pour la pro- 25 duction de l'ébauche sont difficilement applicables aux cas des poutrelles de grande hauteur et ayant des ailes extra-larges.

De même, un refoulement de la largeur de la brame dans des cannelures roulantes de largeur croissante ne permet pas de contrôler parfaitement 30 la forme des ailes de l'ébauche. En outre, la largeur de table des duos dégrossisseurs est souvent limitée, ce qui interdit de placer une série ht» nerittelitrpn mulrtnt·*·« dur les oylIndre« dan* lp cnn des poutre-) le* de grande hauteur d'âme et ayant des ailes extra-larges.

35 Le but de l'invention était de proposer un procédé de laminage d'ébauches aux dimensions requises et qui nécessite seulement l'intervention d’une cannelure roulante et d'une table lisse.

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Suivant l'invention, la réalisation de l'ébauche s'effectue en trois étapes: a< Refoulement de la largeur d'une brame dans une cannelure roulante 5 dontles faces latérales présentent uneinclinaison déterminée et dont la largeur du fond est inférieure ou égale à l'épaisseur de la brame.

L'élargissement conduit au remplissage de cette cannelure et la 10 brame présente aux extrémités, suivant la largeur, des excroissances dont la forme évoque un champignon parfaitement symétrique.

b. Refoulement sur table refouleuse de la largeur de la brame produite suivant l'étape a.

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Ce refoulement a pour effet de déformer le champignon par réduction de l'épaisseur et par élargissement jusqu'à l'obtention d'ailes qui s'adaptent le plus parfaitement possible à la forme de la cannelure profileuse.

20 c. Laminage de la pré-ébauche produite suivant l'étape b. dans une cannelure profileuse classique jusqu'à l'obtention de l'ébauche.

Suivant l'invention, une combinaison adéquate de l'angle d'inclinaison 25 des faces de la cannelure roulante et des réductions imposées en cannelure roulante et sur table refouleuse permet d'obtenir pour chaque poutrelle une forme de pré-ébauche aux dimensions requises.

D'autres caractéristiques et avantages du procédé suivant l'invention 30 vis-à-vis des procédés classiques ressortiront de la description des „ dessins.

’ La fig. 1 montre schématiquement le procédé classique de laminage d'une ébauche pour poutrelles à larges ailes. Il est représenté en 35 traits pointillés la section rectangulaire dont l'épaisseur H est suffisante pour garantir le remplissage correct de la cannelure - 5 - profileuse.

La fis» 2 montre une extrémité d'une ébauche obtenue après laminage de la section rectangulaire d'épaisseur H dans la cannelure profileuse 5 de la figure 1. On remarque que les différences d’allongement entre âme et ailes produisent une langue de laminage dont la longueur 1 constitue une perte de matière appréciable.

En outre, la forte épaisseur de la section rectangulaire conduit à une 10 doublure D qui nécessite le chutage de l'extrémité avant de poursuivre le laminage sur cage universelle.

La fig.3 montre le schéma d'un procédé de laminage qui utilise une brame comme produit de départ. On remarque que les cannelures refouleu-15 ses présentent des largeurs croissantes bl < b2 < b3.

La largeur des ailes de la pré-ébauche (b3) doit être suffisante pour garantir le remplissage de la cannelure profileuse (4).

20 La fig. 4 montre les extrémités des ébauches obtenues par l'utilisation de brames comme produit de départ.

Au cours du refoulement, l'allongement des extrémités soumises au laminage est plus important que l'allongement du centre (âme, fig. 4a). 25 L'allongement de l'âme en cannelure profileuse étant supérieur à l'allongement des ailes, il y a compensation et il en résulte une langue de laminage de l'ébauche dont la longueur 1 (fig. 4b) est inférieure â celle obtenue suivant le procédé classique utilisant des lingots. La perte de matière est ainsi considérablement réduite.

30 ” Le refoulement simple en cannelures refouleuses de largeur croissantes . ne garantit cependant pas l'obtention d'une forme correcte des ailes de la pré-ébauche.

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En effet le refoulement de la brame de largeur initiale ho jusqu'à la largeur finale hn produit une forme d'ailes tpii àlbehâ essentiellement ύ&β réductions imposée! lors du refoulement (Σλ\ι).

5 Comme la réalisation d'une largeur finale hn et d'une largeur finale des ailes bn dépend de la largeur initiale ho de la brame, on ne dispose d'aucun degré de liberté permettant de contrôler la forme des ailes lors du refoulement.

10 Un exemple d'un résultat défavorable obtenu par refoulement simple d'une brame en cannelures roulantes est repris en fig. 5. On remarque que malgré l'obtention d'une largeur d'ailes suffisante de la pré-ébauche (1) il existe un défaut de remplissage (3) qui ne pourra pas être éliminé lors du laminage en cannelure profileuse (2).

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Il est également possible que dans certaines conditions de refoulement on obtienne des ailes trop épaisses ce qui peut conduire à la formation des repliures et une largeur insuffisante des ailes de l'ébauche.

20 II résulte de ces considérations que le refoulement simple de la largeur d'une brame ne permet pas de contrôler la forme et l'épaisseur des ailes de la pré-ébauche.

Le procédé suivant l'invention, tout en réduisant le nombre des canne-25 lures nécessaires, introduit un degré de liberté supplémentaire qui permet de contrôler la forme et l'épaisseur des ailes de la pré-ébauche de manière à garantir le remplissage correct de la cannelure profileuse.

Le schéma de principe du procédé suivant l'invention est représenté à 30 en fig. 6.

Les étapes du procédé sont les suivantes: a. Une brame (1) est soumise au refoulement dans une cannelure roulante 35 jusqu'à obtention d'un "champignon" (2).

- 7 - ) b. La déformation du "champignon" sur table refouleuse conduit à la formation d’une pré-ébauche (3) dont les contours s’emboîtent le plus parfaitement possible dans la cannelure profileuse.

5 Q. Obtention de l’ébauche (4) par laminage de la pré-ébauche (3) dans une cannelure profileuse classique.

En fig. 7 il est expliqué la formation de la pré-ébauche à partir du champignon réalisé en première cannelure. On voit que le laminage sur 10 table refouleuse engendre les phénomènes suivants: a. Réduction de l’épaisseur du "champignon" d'une valeur û e = e - e2 b. Elargissements ^ = ^2 ” b0 15 et Δ bT = b2 ~ b1 c. annulation de l’inclinaison des facettes du "champignon" lim(H1 = 0 pour r —?rtQt avec r = (réduction) 20 Le principe du procédé suivant l'invention repose donc sur les différences d’élargissement entre tête de largeur bo et base de largeur bl du "champignon" lorsque celui-ci est soumis à un refoulement sur table refouleuse.

0 <4b ) â (4b,) 25 - > -

Or. 0 r

En choisissant convenablement l'angle d'inclinaison 1 des facettes du "champignon" il devient possible d'obtenir des ailes de pré-ébauche de dimensions requises.

30 ” La fig. 8 montre différentes formes d'ailes de pré-ébauche obtenues en modifiant la valeur de l'angle d'inclinaisonde la première cannelure. Sur cette figure ni et n2 sont le nombre de passes effectuées en cannelure refouleuse resp. sur table refouleuse.

La fig. 9 montre la possibilité offertes par le procédé suivant l'invention dans le contrôle de l'épaisseur des ailes de la pré-ébauche.

35 - 8 -

Cette épaisseur est essentiellement déterminée par l'épaisseur du "champignon" produit en cannelure refouleuse.

La fig· 10 montre les principales dimensions qui interviennent dans 5 le procédé suivant l'invention.

Afin de laminer des pré-ébauches aux dimensions requises il faut pouvoir calculer la déformation en fonction des conditions imposées.

10 La fig. 11 montre l'élargissement de la base du "champignon" en fonction de la réduction imposée.

Pour un angle<^1 , l'élargissement de la base du "champignon" peut être exprimé par la relation suivante: 15 K .a a bi - « ^ l* hi ) 2 (1) ~ 1 * fan

Les coefficients al et a2 sont fonctions de la largeur initiale ho de la brame et peuvent être exprimés par les équations suivantes: 20 = C1 + dT h0 (2) a2 = °2 - V ho (3>

Pour un angle°(l et une largeur initiale donnée, les relations (1), (2) 25 et (3) permettent de déterminer la largeur bl de la base du champignon pour une réduction absolueA donnée.

L'épaisseur du "champignon" est proportionnelle à la largeur bl et peut être exprimée par la relation suivante: 30 e _ Δ ^1

1 - «jrrr W

P «4 1 * avec , vu tei ib1 = b1 - bo (5) 35 Des lors, on peut définir une largeur moyenne du "champignon" b m, = b + b, ,r-\ 1 _o 1_ (6) 2 - 9 - f

La fig. 12 montre l'évolution de la largeur moyenne en fonction de la réduction imposée sur table refouleuse. Cette évolution peut exprimée par la relation suivante: λ b Δ ^2 (7) __£ " °·η· - b m1 h-| 5 Le coefficient est une fonction linéaire de la hauteur hl de la brame à la sortie de la cannelure pefouleuse et peut être exprimé par la relation suivante: a3 = c3 + Vn1 (8) 10

La fig. 13 montre la réduction de l'épaisseur du "champignon" en fonction de la réduction sur table refouleuse.

Avec une bonne approximation on peut admettre une diminution de 15 l'épaisseur de 12 % pour un anglet 1 = 50 % : * e2 = V 0,12 (9) β1

La fig. 14 montre la réduction par passe de l'angle°<1 au cours du 20 refoulement sur table refouleuse en fonction de l'épaisseur initiale du "champignon".

Les différents coefficients intervenant dans les relations (1) - (9) doivent être déterminés expérimentalement pour différentes valeurs de 25 l'angle 1

Des lors il est possible de déterminer les principaux paramètres du procédé suivant l'invention à partir des dimensions de l'ébauche qu'on désire obtenir.

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La fig. 15 montre les dimensions principales de l'ébauche et de la pré-ébauche.

A partir des dimensions de l'ébauche, on peut déterminer les dimensions 35 de la pré-ébauche en utilisant les relations suivantes: e = e (10) P e h_ = h = h - (20 ^30 mm) (11) 2 p e hm = b = s + (b -s) (12)

Dm? p p e e - 10 - L’épaisseur e ^ visée en première cannelure est donnée par la relation (9).

La fig. 16 montre un schéma de calcul qui conduit à la détermination 5 des principaux paramètres du procédé suivant l'invention.

Ce calcul sera effectué avantageusement sur ordinateur.

En utilisant le procédé suivant l'invention, il a été possible de lami-10 ner des poutrelles jusqu'à une hauteur d'âme de 1000 mm et jusqu'à des largeurs d'ailes de 425 mm en partant de brames de dimension 2000 x 300 mm2.

Le refoulement de brames de grande largeur sur table refouleuse peut 15 cependant provoquer des phénomènes d'oblicité indésirables.

Afin de garantir une stabilité suffisante à la brame on prévoit au milieu de la table refouleuse un profilage du cylindre qui assure le , guidage de la brame en cours de laminage.

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La fig. 17 montre un tel profilage. Les contre-patins de guidage (1), peuvent être éliminés par refoulement de la brame sur la table refouleuse constituée par l'âme de la cannelure profileuse classique.

25 La table refouleuse peut être remplacée par une cannelure roulante comportant un profilage en fond de cannelure. Dans ce cas, les flancs de la cannelure roulante assurent un guidage latéral à l'engagement de la brame au cours des dernières passes de refoulement.

30 Une variante du procédé consiste â utiliser, au lieu de la table ou Cannelure de refoulement employée suite â la formation du "champignon", cylindre# Vî*rHr»rtiix hour le Inmlnnj** df J'éhnurhe.

Dans ce cas, le laminage de l'ébauche est effectué comme le montre la 35 fig. 18.

La fig. 18,1, montre la formation du "champignon" par refoulement d'une brame de hauteur h et d'épaisseur e, ·

O D

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Les cylindres horizontaux comportent la cannelure (a) servant à la formation des "champignons" et une deuxième cannelure (b) dont les contours correspondent à la chambre formée par l'âme et les faces intérieures des ailes de l’ébauche (e) représentée en pointillés.

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La largeur 1 de cette cannelure doit être au moins égale ä la hauteur h·] de la brame à la sortie de la cannelure (a). La profondeur θ' de la partie en retrait de cette cannelure doit correspondre à la largeur d'une moitié d'aile de l'ébauche, mesurée à partir de son extrémité 10 jusqu'à l'âme.

La fig.18,2, montre la déformation subséquente de la brame obtenue au cours de l'étape précédente. La réduction de largeur est effectuée au moyen de cylindres verticaux entraînés (g) disposés comme en cage slab-15 bing universelle ou dans une cage séparée. La largeur est réduite par refoulement jusqu'à l'obtention de la largeur finale bg de l'ébauche comme le montre la fig. 18,3.

^ Au cours du refoulement par les cylindres verticaux, les cylindres ho- 1 20 rizontaux ont une fonction de guidage, l'âme ne subissant aucune ou seulement une faible pression de laminage.

La pré-ébauche est ensuite laminée jusqu'au stade de l'ébauche finale moyennant la réduction de l'épaisseur d'âme jusqu'à la valeur finale ec, 25 comme le montre la fig. 18,4.

Au cours de cette réduction d'épaisseur de l'âme, les cylindres verticaux sont maintenus en position fixe, leur écartement correspondant a la largeur d'ébauche b 30

Au cours de chaque passe, les ailes sont ainsi soumises à un refoule- irtisHf ÎÂtlSt'hT rirtt 1*** vf'rttrisiuvi L'intérêt de cette variante réside dans le fait qu'on peut supprimer 35 les passes de refoulement avec âme en position verticale telles qu'elles sont effectuées au cours du laminage en cannelure profileuse classique. Il en résulte une productivité accrue.

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Un autre avantage par rapport au laminage en cannelure profileuse classique est l'obtention d'une meilleure forme des extrémités de l'ébauche.

5 En effet, lors du laminage en cannelure profileuse, la forme des extrémités de la pré-ébauche conduit à la formation d'"oreilles" sur la partie de l'extrémité où il y a absence d'âme en raison de l'allongement sélectif lors du refoulement.

10 La fig. 19 montre ces "oreilles" qui proviennent d'un débordement localisé dans les cordons de la cannelure profileuse provoqué par l'absence d'âme à cet endroit.

Le phénomène peut causer des difficultés d'engagement au refoulement. 15 Afin de le limiter, il est nécessaire d'effectuer des passes de refoulement supplémentaires.

A la perte de productivité qui en résulte s'ajoute la nécessité de % chuter une plus grande partie des extrémités de l'ébauche avant de ' 20 poursuivre le laminage en cage universelle.

En effectuant le laminage avec des cylindres verticaux entraînés, comme décrit précédemment, ce phénomène n'apparaît pas.

25 Le principe du procédé suivant l'invention peut également être appliqué pour le laminage d'autres gros profilés comme p. ex. de palplanches ä inertie en forme de Z ou de U, de palplanches plates sollicitées en traction sur les griffes, des fers U à ailes parallèles etc.

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Claims (4)

1. Procédé de laminage d'ébauches en vue de la production de poutrelles caractérisé en ce que l'on utilise comme produit de départ une brame 5 de section rectangulaire et que l'on soumet cette brame à un lami nage en trois étapes: a. Un refoulement dans une cannelure roulante dont la largeur de fond est inférieure à égale à l'épaisseur de la brame utilisée et 10 dont les faces latérales sont inclinées d'un angle <^1 qui est fonction des dimensions de l'ébauche, l'épaisseur du "champignon" ainsi obtenu étant supérieure d'environ 12 % à l'épaisseur des ailes de l'ébauché. 15 b.Un refoulement de la brame obtenue suivant l'étape a., sur une table refouleuse ou une cannelure refouleuse dont la largeur est au moins égale à la largeur des ailes de l'ébauche augmentée de la dif-férence entre épaisseur de la brame et épaisseur de l'ébauche de s manière à ce que la réduction totale imposée produise un élargisse- 20 ment tel que les largeurs du sommet et de la base du "champignon" deviennent sensiblement égales en fin de refoulement avec l'annulation approximative de l'angle ol 1 et l'obtention d'une épaisseur d'ailes correspondante ä l'épaisseur des ailes de l'ébauche. 25 c. Un laminage en cannelure profileuse classique de l'ébauche obtenue suivant l'étape b., jusqu'à l'obtention de l'ébauche finale, la largeur moyenne des ailes de l'ébauche obtenue suivant l'étape b. devant être sensiblement égale à l'épaisseur de la brame augmentée de la différence entre la largeur d'ailes et l'épaisseur d'âme de 30 l'ébauche.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les principaux paramètres du procédé sont déterminés suivant le schéma de “ calcul exposé en figure 16. - 2 -

3. Procède suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’on prévoit la présence de contre-patins au fond de la première canne“ lure refouleuse, ces contre-patins étant reproduits sur la table ou cannelure refouleuse suivante de manière à assurer un guidage de la 5 brame. Ces contre-patins de guidage sont éliminés par refoulement sur la table lisse formée par l'âme de la cannelure profiteuse, ou, si la largeur de table des cylindres le permet, dans une cannelure roulante a fond plat.

4. Procédé suivant les revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que les étapes b et c suivant la revendication 1 sont remplacées par un refoulement de la brame obtenue à la suite de l'étape a au moyen de cylindres verticaux entraînés, la disposition de ces cylindres étant analogue à celle d'une cage slabbing universelle. Les cylindres ver-15 ticaux peuvent être disposés dans une cage séparée située le plus près possible de la cage à cylindres horizontaux.