LU84999A1

LU84999A1 - METHOD AND DEVICE FOR COOLING LAMINATED METAL PRODUCTS

Info

Publication number: LU84999A1
Application number: LU84999A
Authority: LU
Original assignee: Arbed
Priority date: 1983-09-12
Filing date: 1983-09-12
Publication date: 1985-06-04
Also published as: ATE43978T1; AU3299184A; EP0140026A2; JPS6077924A; JPH0573806B2; ZA847111B; DE3478668D1; EP0140026B1; AU568681B2; EP0140026A3

Abstract

1. Apparatus for cooling beams, comprising horizontal roller guides (2) on which lean the flanges of the beam (1), vertical roller guides, as well as cooling boxes (3, 4, 5) provided with orifices dispensing a cooling liquid, the boxes (5) which are used for cooling the outer surfaces of the flanges having a total height being at least equal to the height of the flanges and the boxes (3, 4) which are used for cooling the inner surfaces of the flanges having side walls which extend nearly over the whole inner surface of the flanges, characterized - in that the said boxes (3, 4, 5) are provided with equally spaced orifices dispensing water through the walls facing the beam (1) ; - in that the boxes (3, 4) used for cooling the inner sufaces of the flanges as well as the web account together for at least 70 % of the web surface ; - in that the boxes (4) for cooling the inner surfaces of the flanges as well as the upper surface of the web are mounted below arms (10) which can pivot in the direction of the transport of the beams (1) and - in that a damming element, comprising at least one metallic box (32), which is connected to a pressure fluid source and which is provided with openings (33) opposite to the surfaces of the beam, is located at the outlet of the cooling device, this damming element having a cross section which is such that it can be fitted into the upper chamber of the beam (1).

Description

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Procédé et dispositif de refroidissement de produits métalliques laminés.Method and device for cooling rolled metal products.

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de re-5 froidissement de produits métalliques, notamment de poutrelles, au cours du laminage.The present invention relates to a method and a device for re-cooling metal products, in particular beams, during rolling.

Il est connu qu'on peut conférer des propriétés mécaniques particulières aux produits laminés en leur faisant subir un traitement 10 thermique spécial en cours et/ou en fin de laminage. Un de ces traitements thermiques, décrit p.ex. dans le brevet BE 824.100, consiste à soumettre le produit en mouvement, après la dernière passe de laminage, à une trempe superficielle suivie d'un auto-revenu. Ce procédé de trempe suivi d'un auto-revenu est couramment utilisé dans le 15 laminage de ronds à béton. Les tentatives d'appliquer le procédé à d'autres produits, tels que les poutrelles et les profilés, n'ont cependant jamais dépassé le stade d'essais au cours desquels il est apparu que la spécificité de ces produits nécessitait la mise au point d'un procédé spécial tenant compte de la forme géométrique des 20 produits à traiter ainsi que des conditions dans lesquelles ceux-ci sont élaborés. Un tel procédé a récemment été décrit dans la demande ' de brevet BE 6/47803 déposée le 31 mars 1983. Dans ce procédé on contrôle la distance entre le produit et le dispositif de refroidissement, et on la module de manière à la garder égale ou du moins la 25 plus proche possible d'une valeur prédéterminée, cette dernière pouvant être variable dans le temps. Dans une variante préférentielle, le contrôle de la distance est effectué de manière continue. Selon cette demande, on crée sur le pourtour de la section du produit métallique en : - 2 - , * mouvement, qui est dans le cas présent une poutrelle ou un profilé similaire, à la sortie de la dernière cage de laminage, un film d'eau maintenu en agitation par des jets d'eau laminaires provenant d'un certain nombre de caissons de refroidissement disposés autour 5 du produit. Pour l'application correcte et efficace du procédé de refroidissement utilisé, les caissons doivent être aptes à épouser la forme de la surface de la poutrelle de façon à créer un film d'eau d'une épaisseur de 10 à 20 mm.It is known that special mechanical properties can be imparted to laminated products by subjecting them to a special heat treatment during and / or at the end of rolling. One of these heat treatments, described for example in patent BE 824,100, consists in subjecting the moving product, after the last rolling pass, to a surface quenching followed by self-tempering. This quenching process followed by self-tempering is commonly used in the rolling of concrete rods. However, attempts to apply the process to other products, such as beams and profiles, have never gone beyond the stage of testing in which it became clear that the specificity of these products required the development of '' a special process taking into account the geometric shape of the 20 products to be treated as well as the conditions under which they are produced. Such a process has recently been described in patent application BE 6/47803 filed on March 31, 1983. In this process, the distance between the product and the cooling device is controlled, and it is modulated so as to keep it equal or at least as close as possible to a predetermined value, the latter being variable over time. In a preferred variant, the distance control is carried out continuously. According to this request, a metal film is created on the periphery of the section of the metal product in: - 2 -, * movement, which in this case is a beam or a similar profile, at the exit of the last rolling stand water kept in agitation by laminar water jets from a number of cooling boxes arranged around the product. For the correct and effective application of the cooling process used, the boxes must be able to match the shape of the surface of the beam so as to create a film of water with a thickness of 10 to 20 mm.

10 La mise en oeuvre de ce procédé nécessite un équipement complexe et onéreux. D'un autre côté les nombreuses possibilités de traitement offertes par ce dispositif ne sont pas pleinement exploitables dans le cas de trains de laminage sur lesquels défilent des produits de sections très différentes.The implementation of this process requires complex and expensive equipment. On the other hand, the numerous processing possibilities offered by this device cannot be fully exploited in the case of rolling trains on which pass products of very different sections.

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La présente invention a comme but de proposer un procédé simple et efficace qui évite les désavantages mentionnées ci-devant et qui est à même de soumettre des produits laminés du même type à une opération de trempe.The present invention aims to provide a simple and effective process which avoids the disadvantages mentioned above and which is capable of subjecting rolled products of the same type to a quenching operation.

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Ce but est atteint par le procédé selon l'invention, dans lequel on soumet les parties verticales du produit à l'action de jets d'eau laminaires et les parties horizontales en partie à l'action de jets d'eau laminaires et en partie à l'action d'une couche d'eau. Des va- 25 riantes d'exécution préférentielles du procédé et du dispositif pour sa mise en oeuvre, sont décrites dans les sous-revendications.This object is achieved by the method according to the invention, in which the vertical parts of the product are subjected to the action of laminar water jets and the horizontal parts partly to the action of laminar water jets and in part to the action of a layer of water. Preferred variants of the method and of the device for its implementation are described in the subclaims.

Etant donné que la section de la poutrelle peut fréquemment changer en cours de laminage on a prévu des caissons adaptables, capables de 30 garantir la constance de l'épaisseur du film d'eau. D'autre part la suspension des caissons supérieurs comporte un système d'ouverture rapide pour permettre de faire passer une poutrelle dont la section a été accidentellement déformée, sans qu'il y ait endommagement.Since the section of the beam can frequently change during rolling, provision has been made for adaptable boxes, capable of guaranteeing the consistency of the thickness of the water film. On the other hand the suspension of the upper boxes has a quick opening system to allow a beam to pass through, the section of which has been accidentally deformed, without there being any damage.

35 L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide de dessins qui se rapportent à un mode d'exécution possible.The invention is set out below in more detail with the aid of drawings which relate to a possible embodiment.

• - 3 - i; m ; La figure 1 représente une vue en élévation du dispositif de refroi- ; dissement selon 1' invention.• - 3 - i; m; Figure 1 shows an elevational view of the cooling device; according to the invention.

La figure 2 montre une coupe selon la ligne II-II à travers le dis-5 positif représenté en figure 1.Figure 2 shows a section along line II-II through the positive device shown in Figure 1.

La figure 3 montre un caisson-barrage conforme à l'invention.Figure 3 shows a barrier box according to the invention.

La figure 4 montre une vue de dessus d'une variante d'un caisson de 10 refroidissement.Figure 4 shows a top view of a variant of a cooling box.

Sur les figures 1 et 2 on distingue la poutrelle 1 se déplaçant sur le train de rouleaux 2 dans le sens indiqué par la flèche F ainsi i que les caissons de refroidissement 3, 4 et 5 munis d'orifices sen-! 15 siblement cylindriques et équidistants sur les faces en regard du produit à refroidir. Toutes les lignes d'orifices sont légèrement inclinées par rapport à l'axe de laminage afin de garantir un refroidissement régulier sur le contour des profils laminés. Les cais-i sons de refroidissement extérieurs 5 sont montés sur les guides de 20 sortie 6, mobiles dans le sens perpendiculaire au sens de déplace-; ment des poutrelles. La hauteur de ces caissons doit dépasser le bord supérieur de la poutrelle 1. Il s'ensuit que l'eau déborde dans la chambre supérieure de la poutrelle refroidie par les caissons supérieurs 4. L'écartement de ces caissons 4 est réglable par les 25 écrous 7. En cours de fonctionnement l'écartement des caissons est maintenu par les ressorts 8 conférant aux caissons une certaine , flexibilité pour parer à d'éventuels mouvements de la section dans le sens transversal.In Figures 1 and 2 we distinguish the beam 1 moving on the train of rollers 2 in the direction indicated by the arrow F and i as the cooling boxes 3, 4 and 5 provided with sen-! 15 substantially cylindrical and equidistant on the opposite faces of the product to be cooled. All the lines of orifices are slightly inclined with respect to the rolling axis in order to guarantee regular cooling around the contour of the laminated profiles. The external cooling boxes 5 are mounted on the outlet guides 6, movable in the direction perpendicular to the direction of movement; beams. The height of these boxes must exceed the upper edge of the beam 1. It follows that the water overflows into the upper chamber of the beam cooled by the upper boxes 4. The spacing of these boxes 4 is adjustable by the 25 nuts 7. During operation, the spacing of the boxes is maintained by the springs 8 giving the boxes a certain flexibility in order to counter possible movements of the section in the transverse direction.

30 Une butée réglable 11 actionnée par un moteur 12 s'appuie contre un taquet 14 solidaire du bras 10 et permet un réglage en hauteur précis des caissons supérieurs 4. Les bras de suspension 10 pivotant dans le sens de déplacement des poutrelles assurent une certaine flexibilité dans le sens longitudinal, nécessaire pour éviter l'en-35 dommagement des caissons 4 dû à des défauts éventuels de l'âme et des ailes de la poutrelle, comme p.ex. des ondulations ou des soufflures. Les caissons peuvent en particulier s'éclipser complètement i 1 — 4 - i par actionnement du piston 9.30 An adjustable stop 11 actuated by a motor 12 bears against a cleat 14 secured to the arm 10 and allows precise height adjustment of the upper boxes 4. The suspension arms 10 pivoting in the direction of movement of the beams provide a certain flexibility in the longitudinal direction, necessary to avoid damaging the boxes 4 due to possible defects in the core and the wings of the beam, such as ripples or blowing. The boxes can in particular be completely removed i 1 - 4 - i by actuation of the piston 9.

Les caissons de refroidissement inférieurs 3 sont prêmontés en dehors du train, l'écartement étant ajusté par des entretoises 13 5 choisies en fonction de la hauteur de la poutrelle à laminer. Ayant la forme et la fonction d'un guide, les caissons inférieurs sont rigides et possèdent la solidité nécessaire pour résister â des chocs provoqués par des contacts intempestifs avec le produit. La mise en place des caissons inférieurs se fait lors du changement des cylin-10 dres de laminage, pour passer d'un profil à un autre.The lower cooling boxes 3 are pre-assembled outside the train, the spacing being adjusted by spacers 13 5 chosen according to the height of the beam to be laminated. Having the form and the function of a guide, the lower boxes are rigid and have the solidity necessary to withstand impacts caused by untimely contact with the product. The lower boxes are put in place when changing the rolling cylinders to move from one profile to another.

Le centrage de la poutrelle sur la table de rouleau est assuré par 2 paires de rouleaux de centrage, qui se trouvent â l'entrée et à la sortie de la rampe de refroidissement. Pour éviter des déplacements 15 transversaux du produit entre les deux ensembles de rouleaux de centrage la longueur d'une rampe sera de préférence limitée à 3 ou 3,5 m. Etant donné que pour des produits à section élevée on aura besoin de rampes plus longues pour avoir l'effet désiré, on installera plu-sieurs tronçons, chaque tronçon étant formé par les mêmes éléments 20 que ceux représentés aux figures 1 et 2. On augmentera la vitesse de défilement pour des produits à section plus faible. Pour une installation comportant deux tronçons de 3 m, les vitesses de défilement varient entre 0,5 et 4 m/s pour des poutrelles H, dont les dimensions sont comprises dans la gamme standard des poutrelles 25 européennes et américaines avec hauteur d'âme de 200 â 1000 mm.The centering of the beam on the roller table is ensured by 2 pairs of centering rollers, which are located at the entry and exit of the cooling ramp. To avoid transverse movements of the product between the two sets of centering rollers, the length of a ramp will preferably be limited to 3 or 3.5 m. Given that for products with a high cross section, longer ramps will be needed to have the desired effect, several sections will be installed, each section being formed by the same elements 20 as those shown in FIGS. 1 and 2. We will increase the scrolling speed for products with a lower section. For an installation comprising two sections of 3 m, the running speeds vary between 0.5 and 4 m / s for H beams, the dimensions of which are included in the standard range of European and American beams with web height of 200 to 1000 mm.

On constate qu'en cours de fonctionnement la chambre supérieure de la poutrelle se remplit d'eau. Le film d'eau uniforme d'une épaisseur de 10 à 20 mm est interrompu entre les deux caissons 4 où se 30 forme une colonne d'eau d'une hauteur égale à la moitié de la largeur d'aile de la poutrelle. Pour éviter cette discontinuité susceptible d'entraîner un refroidissement non uniforme on peut assembler les caissons 4 par des entretoises identiques à celles qui maintien-w nent la distance entre les caissons inférieurs 3. L'expérience a 35 toutefois montré, qu'on peut renoncer aux entretoises entre les caissons de refroidissement supérieurs, l'homogénéité du refroidissement n'étant pas affectée par l'accumulation d'eau dans la chambre - 5 - supérieure. De même on a constaté que l’absence de jets laminaires sur les parties supérieures et inférieures de l’âme comprises entre les caissons 3 resp. 4, n'affecte pas les propriétés mécaniques visées par le traitement thermique envisagé, à condition que l'épais-5 seur totale des pièces intercalaires 13 resp. l'écartement des caissons 4 reste inférieure à 30% de la hauteur de l'âme. La dimension des caissons 3 et 4 n'est donc constante que pour une gamme restreinte de profils définie par les limites données ci-dessus. Pour augmenter l'écartement maximum permis de deux caissons, on peut leur 10 donner une une forme en créneaux (figure 4). Les 2 caissons d'une ’ même paire possèdent des saillies qui se pénètrent mutuellement lorsque l'épaisseur totale des pièces intercalaires 13 respectivement l'écartement des caissons 4 est faible. Pour des épaisseurs plus importantes, le refroidissement de la partie centrale de l'âme 15 diminue mais reste suffisant.It can be seen that during operation the upper chamber of the beam is filled with water. The uniform water film with a thickness of 10 to 20 mm is interrupted between the two boxes 4 where a water column is formed with a height equal to half the width of the wing of the beam. To avoid this discontinuity liable to cause non-uniform cooling, it is possible to assemble the boxes 4 by spacers identical to those which maintain the distance between the lower boxes 3. Experience has shown, however, that it is possible to give up at the spacers between the upper cooling boxes, the homogeneity of the cooling not being affected by the accumulation of water in the upper chamber. Similarly, it has been found that the absence of laminar jets on the upper and lower parts of the core comprised between the boxes 3 resp. 4, does not affect the mechanical properties targeted by the envisaged heat treatment, provided that the total thickness of the intermediate pieces 13 resp. the spacing of the boxes 4 remains less than 30% of the height of the core. The size of boxes 3 and 4 is therefore constant only for a limited range of profiles defined by the limits given above. To increase the maximum allowable spacing of two boxes, they can be given a square shape (Figure 4). The 2 boxes of a same pair have protrusions which penetrate each other when the total thickness of the intermediate pieces 13 respectively the spacing of the boxes 4 is small. For larger thicknesses, the cooling of the central part of the core 15 decreases but remains sufficient.

t Pour éviter l'entraînement de l'eau accumulée dans la chambre supé rieure et un refroidissement indésirable, au delà de la trempe superficielle, on ferme la chambre supérieure à l'aide d'un caisson 20 barrage disposé à la sortie de la rampe de refroidissement. Un tel caisson sans système de suspension et sans amenée d'eau et d'air, est représenté sur la figure 3. On y distingue la poutrelle 1 et le caisson 32 muni d'une fente continue 33 par laquelle on projette un jet d'eau dirigé dans le sens opposé au sens de défilement de 25 la poutrelle. Le jet agit en quelque sorte comme un joint et empêche l'eau de refroidissement d'être entraînée par la poutrelle. Le caisson-barrage 32 doit évidemment être changé pour chaque type de poutrelle.t To avoid the entrainment of the water accumulated in the upper chamber and an undesirable cooling, beyond the surface quenching, the upper chamber is closed with the aid of a barrel box 20 disposed at the outlet of the ramp cooling. Such a box without suspension system and without supply of water and air, is shown in Figure 3. There are the beam 1 and the box 32 provided with a continuous slot 33 through which a jet of water directed in the opposite direction to the direction of travel of the beam. The jet acts as a kind of joint and prevents the cooling water from being entrained by the beam. The dam 32 must obviously be changed for each type of beam.

Claims

1. A method of cooling metal products, in particular beams, during rolling, characterized in that the vertical parts of the product are subjected to the action of laminar water jets and the horizontal parts partly to the action of laminar water jets and in part to the action of a layer of water.

2. Method according to claim 1, characterized in that at least 70% of the surface of the product disposed horizontally is subjected to the action of laminar water jets.

3. Method according to claim 1, characterized in that one hand holds at least part of said layer of water to a thickness between 10 and 20 mm.

4. Device for implementing the method according to one of claims 1 to 3 on beams, comprising horizontal guide rollers (2) on which the wings of the beam rest, vertical guide rollers as well as cooling boxes of rectangular section (3, 4, 5) connected to a water source, characterized in that said boxes are! provided with equidistant orifices on the opposite faces of the trash can (1), in that the boxes (5) serving to cool the 25 outer faces of the wings have a total height at least equal to that of the wings, in that the boxes (3, 4) serving to cool the inner faces of the wings as well as the core have their vertical sides which cover practically the entire surface of the wings and their horizontal sides which cover part of the surface of the core.

5. Device according to claim 4, characterized in that said horizontal sides of the boxes (3, 4) together cover at least 70% of the surface of the core. 35

6. Device according to claim 4, characterized in that said horizontal sides of the boxes (3,4) have slots - 2 - IA provided with equidistant orifices, arranged so that two boxes of the same pair can s '' interpenetrate.

7. Device according to claim 4, characterized in that the 5 cooling boxes (5) of the outer faces of the wings are arranged on outlet guides (6) of the rolling train and in that the height of these boxes exceeds the top edge of the product.

8. Device according to claim 4, characterized in that the boxes (4) for cooling the inner faces of the wings as well as the upper face of the core are mounted under arms (10) capable of pivoting in the rolling direction .

9. Device according to claim 8, characterized in that the arms (10) can pivot under the action of a jack (9).

10. Device according to claim 8, characterized in that the inclination of the arms (10) is adjustable by means of a stop (11), which bears against a cleat (14).

11. Device according to claim 4, characterized in that the spacing of the cooling chambers of the inner faces of the wings is adjusted using nuts (7) and is held by springs (8).

12. Device according to claim 4, characterized in that the cooling boxes of the inner faces of the wings are separated by spacers (13).