WO2009046505A1 - Installation et procede de lubrification par atomisation pour cylindres de laminage - Google Patents

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WO2009046505A1
WO2009046505A1 PCT/BE2008/000077 BE2008000077W WO2009046505A1 WO 2009046505 A1 WO2009046505 A1 WO 2009046505A1 BE 2008000077 W BE2008000077 W BE 2008000077W WO 2009046505 A1 WO2009046505 A1 WO 2009046505A1
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oil
installation according
ramp
air
atomizers
Prior art date
Application number
PCT/BE2008/000077
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English (en)
Inventor
Bart Vervaet
Hugo Uijtdebroeks
Griet Lannoo
Original Assignee
Centre De Recherches Metallurgiques Asbl - Centrum Voor Research In De Metallurgie Vzw
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06—Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10—Lubricating, cooling or heating rolls externally

Definitions

  • the present invention relates to a new lubrication system of the rolls or rolls of a hot or cold rolling line.
  • the invention also relates to the method implemented on the installation.
  • an emulsion which is a suspension of oil droplets in water, with an oil concentration. typically ranging between 0.3 and 2%. It can be either a stable emulsion or an unstable emulsion prepared online.
  • the emulsion is applied directly to the working rolls by means of a spraying device located after the scrapers for the purpose of applying the oil to a dry surface. This method of application ensures a better distribution of the oil and therefore contributes to the reduction of oil consumption.
  • the interest of good lubrication of the working rollers is not simply limited to the problem of roll performance (surface degradation) but is also related to the forces and rolling torques to apply and therefore to the necessary power consumption.
  • the need for efficient lubrication is further enhanced with the use of HSS type rollers characterized by a higher coefficient of friction than traditional rolls, with steeper steels and lower thickness, under increased production and in conditions of surface quality imposed by the more severe customers.
  • the coefficient of friction depends on many factors such as the application technology used, the amount of oil, the nature of the oil, the flow rate and the concentration of the emulsion.
  • the lubrication efficiency can be very different from one rolling train to another and from one cage to another in the same train.
  • the lubrication efficiency is a function of the lubricant supply technology, the nature of the lubricant (mineral, ester-based, etc.) and the quantity thereof.
  • Satisfactory results are obtained by spraying oil in surface distributions ("plate-out") of 0.1 to 1 g / m 2 .
  • the spraying device of the oil emulsion is either a venturi, the suction of the oil being carried out by the depression created by moving water in the main tube, or a device to conventional flat nozzles for the injection of a stable emulsion, for example a mixer static ("static tube mixer") where an oil is injected into a tube zone where the shear (velocity gradient) is increased by the presence of "obstacles".
  • the venturi or the "static tube mixer” is combined with a series of injectors whose number is selected according to the bandwidth to be lubricated (3 to 7 injectors for a band up to 2 meters wide).
  • EP-A1 193 004 discloses a cold rolling lubrication process comprising the steps of: providing a rolling oil emulsion using a first device for supplying the oil in the form of an emulsion provided to a cylinder and a steel strip in a closed circuit mode and a second device for supplying the emulsion only on the front and rear surfaces of the steel strip.
  • the rolling oil is added to an emulsifier of the same type and concentration as those used for the first device, with an average particle size control so that they are larger than in the first device .
  • the emulsion produced by the second device which has not adhered to the strip is recovered at the same time as the emulsion produced by the first device.
  • WO-A-03/002 277 discloses an installation for cooling and lubricating working rolls in a rolling stand, separately comprising a cooling water spray boom and a spray boom of oil of lubrication, an oil / air mixture, oil / water or oil / air / water, or even grease.
  • WO-A-03/000 437 discloses an installation and a method of lubricating rolling rolls, where an oil emulsion in water in proportions adjustable are prepared homogeneously in a mixer and supplied to different spray areas whose distribution is variable in width. Each zone corresponds to a row of sprinklers, each nozzle being. controlled by at least one relay valve.
  • JP-A-2001/179 313 discloses a lubricant application device, whether in the form of undiluted oil or emulsion, comprising a network structure for uniform adhesion of the lubricant to a lubricant. working roller in a rolling mill cage.
  • US-A-3,933,660 proposes a lubricating reducing oil for hot rolling copper and its alloys comprising 1000 parts by weight of water, 6 to 200 parts by weight of anionic surface activator of carboxylic acid type, sulfate or phosphate and 0.8 to 200 parts by weight of at least one compound containing a hydroxyl group of alcohol type, alkylene glycol or ether glycol.
  • the rolling oil provides the copper and its alloys with lubrication, an ability to remove an oxide film and an ability to prevent the formation of an oxide film by spraying between the roll roll and the strip. roll hot.
  • JP-A-2003/129 079 discloses a lubricating composition for the plastic work of a metal comprising a carboxylate, a metal acid phosphate or a metal alkylphosphonate.
  • JP-A-55 151 093 discloses a lubrication process in cold rolling of a strip coated with a polar organic compound where an oil emulsion and a composition comprising an organic compound are sprayed.
  • polar such as stearic acid.
  • the excess oil emulsion is removed by spinning after formation of an oil layer adsorbed on the surface of the strip.
  • WO-A-2005/071 050 discloses a self-emulsifying lubricant for working metals obtained by maleation of vegetable or animal triglyceride oil.
  • the lubrication is carried out by spraying or atomizing a lubricant or a mixture of lubricants in the vicinity of the interstice of the working rolls, by means of a closed box provided with: a means forming a cloud of lubricant droplets less than 700 ⁇ m in size, more preferably less than 200 ⁇ m; - An adjustable aperture diaphragm associated with said means and placed on a front face of the box and an excess lubricant recovery device on the portion of the diaphragm internal to the box and on the inner walls of the box.
  • the present invention aims to provide a solution that overcomes the disadvantages of the state of the art and in particular those related to the use of oil / water emulsions.
  • the invention aims to obtain a high homogeneity of cylinder lubrication, adaptable and controllable both upward and downward.
  • the invention also aims a precise and economical use of lubricant, very low flow, for the same efficiency.
  • the invention also aims at achieving an installation that does not require an arrival. electricity at the cage, or heating the oil.
  • the invention also aims easy maintenance, thanks in particular to the prevention of obstruction of pipes and sprinklers.
  • the invention also aims to eliminate the risk of fire and the reduction of pollution by the lubricant.
  • the invention has the additional object of providing sprinklers directly mounted on a common air collector, in the form of a compact system, which feeds them and also serves as mechanical support.
  • the invention also aims to provide an installation comprising either a common pump with several nozzles per zone, or several dosing pumps for several nozzles, at the rate of one pump per nozzle.
  • the invention finally aims to use an oil without pressure in the nozzle, which is adjustable flow.
  • a first object of the present invention relates to an in-line lubrication system for rolling rolls, preferably hot, of a metal strip, preferably in steel, by spraying or atomizing a lubricant on a target comprising said cylinders and / or said band, preferably in the vicinity of the right-of-way, by means of a ramp of controllable air atomizers, arranged parallel to said cylinders and fed with in air or inert gas under pressure, characterized in that each atomizer comprises an inlet for air or inert gas under pressure and a pure oil inlet without pressure in an adapter followed by a mixing chamber, and an outlet nozzle for the atomized mixture.
  • Another object of the present invention relates to a method of in-line lubrication of rolling rolls, preferably hot rolls, of a metal strip, preferably of steel, by spraying or atomizing d a lubricant by means of the aforementioned installation, characterized in that, at the outlet of the atomizers of the ramp, a cloud of fine droplets of pure oil is produced under pressure of air, with a maximum oil flow rate 200 ml / min, the oil entering without pressure in the atomizer, the air pressure being less than 0.5 bar.
  • Figure 1 is a perspective representation (with its detail view) of a ramp of air atomizers for spraying pure oil on rolling rolls, according to the present invention.
  • FIG. 2 schematically represents a detailed sectional view of an atomizer of the ramp of FIG. 1.
  • FIG. 3 schematically represents a general view of the lubrication system according to a first form of FIG. preferred embodiment of the invention.
  • Figure 4 shows a real example of spray pattern obtained with the installation according to the present invention.
  • Figure 5 schematically shows a general view of the lubrication system according to a second preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 6 schematically represents a modular distribution valve (MDV) as used in the installation of FIG. 5.
  • MDV modular distribution valve
  • FIG. 7 represents graphically the evolution of the total rolling force over time in a static tube installation, respectively with the use of rolling oil and rapeseed oil as a lubricant and for different values of " platform.
  • Figure 8 shows graphically the evolution of the total rolling force over time in an installation according to Figure 5, with the use of rapeseed oil.
  • the present invention is based on the air atomization principle for spraying very small amounts of pure oil on the working rolls. Due to the very low concentration of pure oil used, a flat-out distribution of 0 to 0.6 g / m 2 can be achieved.
  • the spray is formed by the intimate mixture of oil and air from two separate pipes, the air and the oil being "mixed" just after the exit of the small oil inlet tube. To obtain a perfect spray pattern, the air pressure and the oil flow rate were perfectly adjusted to the type of application considered, so as to avoid the formation of fog.
  • the oil is not under pressure, that is to say that it has as little pressure as possible, but is supplied to the sprinklers in a very small amount by a
  • the oil flows through a small tube and the risk of obstruction of the nozzle is non-existent because its orifice has an opening whose size is of the order of a millimeter. No oil heating is required because the spray pattern and the size of the droplets are controlled only by the pressure of the air.
  • the lubricating device comprises a ramp 2 of air atomizers 3 arranged parallel to the rolling cylinder 1.
  • the atomizers 3 are arranged along this ramp 2, perpendicular to it, preferably equidistant from each other.
  • the distance between the ramp and the roll is 100-200 mm.
  • Figure 2 shows the detail of an atomizer 3, made of stainless steel. This one has a pressurized air inlet 4, a non-pressurized oil inlet 5, these two inputs being located at a specially designed adapter 6 followed by a mixing chamber 6 'where oil and air are mixed, as well as a nozzle 7 for the output of the atomized mixture.
  • the adapter 6 located after the air collector 4 thus allows the air transport and the oil supply through the inlet 5. It also plays a role of attachment of the nozzle (support).
  • atomizers 3 for a ramp 2 for a treatment width of 2 m with for example a minimum oil flow rate of 50 ml / minute and a maximum of 150 ml / minute.
  • the preferred values of oil flow will be determined for each specific rolling mill as a function of the rotational speed of the rolls (up to 20 m / s).
  • natural oil and therefore no "carrier” medium
  • the system will be adjusted so as to obtain a "platform-out" of the order of 0.4 g / cm 2 , which makes it possible to optimize the rolling force and the rolling torque.
  • the air pressure can not exceed 0.4-0.45 bar, otherwise the formation of fog.
  • the orifice of the nozzles must not be very small, it is typically 1.5 mm 0, hence the risk of obstruction is low, as already mentioned.
  • FIG. 3 shows a general view of a lubrication installation according to this first embodiment of the invention, comprising a ramp of controllable atomizers, as described in FIG. 2.
  • Each of the atomizers 3 of the ramp 2 is controlled at a distributor 9 having as many metering micropumps as atomizers on the ramp.
  • Each The micropump of the distributor 9 is fed by an oil tank 11 and controlled individually, via an oil flow controller (12), by a PC 10 (eg 15 outputs, 0-
  • the ramp 2 is supplied by a pressurized air line 13.
  • the air pressure value is communicated to the PC for regulation by a pressure gauge 14.
  • the speed of the cylinder 1 is also communicated to the PC by a measuring device 15. Additional valve On / Off
  • the example of spray pattern shown in Figure 4 has an extension of 18 cm at a distance of 20 cm from the nozzles.
  • the extension is 13.5 cm if the nozzles are 15 cm (oil flow 6 ml / min and air pressure 0.3 bar with an air flow of 10 1 / min per nozzle) .
  • the ramp 2 of air atomizers arranged parallel to the rolling cylinder 1, is supplied with oil from the tank 11 according to lines parallel provided with metering pumps 16 and each terminating, through an inlet 17, to a modular distribution valve 8 (MDV, for modular divider valve, see Figure 6) located at one end of the ramp 2 and whose multiple outputs 18 feed the atomizers 3 located on the ramp 2.
  • MDV modular distribution valve
  • An additional On / Off valve can be installed on the parallel lines of oil supplying the distributor 8, just before it, for reasons of ease of use of installation.
  • An example of an MDV 8 distributor, with six outlets 11, sold by Lubriquip Inc., Cleveland, Ohio (USA), is shown in FIG. 6.
  • a sequential supply cycle of the various outlet gates 18 is provided by the movement of the pistons 19.
  • the use of several valves divides the cylinder to be lubricated in 2 or 3 zones, for example A, B, C.
  • the supply of air 13 is provided at one end of the ramp 2 (0 , 3 bar).
  • a dosing pump and an MDV distributor are used to feed each atomizer 3 of the zone.
  • the oil coming from the central tank 11 is conveyed to a metering pump 16.
  • the minimum pressure depends on the pressure drop of the valve MDV. Generally a pressure of 2 bar is necessary, but, if necessary, the pressure can be increased to 10-15 bar.
  • the oil will be filtered, to the extent that impurities arriving in the MDV valves are likely to disrupt the operation.
  • the oil pressure and the air pressure will be continuously monitored.
  • the static tube has 4 jets located at a distance of 20-25 cm from the rollers to be lubricated.
  • the speed of the rollers is between 0.3 and 0.5 m / s and the reduction rate is 50%. Spraying on the rollers creates a watering area that is 15 cm wide.
  • Industrial conditions corresponding to a "platform-out" of 0.6 g / m 2 were simulated. Tests were also performed at higher "flat-out" values.
  • a theoretical "flat-out" of 0.6 g / m 2 corresponds to a flow rate of 5 ml / min (ie 1.25 ml / min per nozzle) at a speed of 0.3 m / s and a flow rate of 8 ml / min at a speed of 0.5 m / s.
  • a theoretical "flat-out" of 4.2 g / m 2 corresponds to a flow rate of 32 ml / min (8 ml / min per nozzle) at a speed of 0.3 m / s.
  • a theoretical "flat-out" of 2.5 g / m 2 corresponds to a flow rate of 32 ml / min (8 ml / min per nozzle) at a speed of 0.5 m / s.
  • FIG. 7 shows the variation of the rolling force 21 as a function of time (and the moving average over 250 periods, 22), for each type of oil and, as the case may be, at different values of "platform". out “(from 0.6 to 4.2 g / m 2 ).
  • the speed of the rollers 23 is also shown. Similar tests were carried out with the technology according to the invention, modular distribution valves of pure oil (rapeseed) and air atomization. The speed of the rollers is 0.3 and the reduction rate is 50%.
  • the atomization has a width of 20 cm (on a strip of 10 cm).
  • the oil distributor was used with a metering pump and 8 outputs (8 sprinklers).
  • the total flow to the distributor was 60 ml / min (7.5 ml / nozzle), which corresponds to a theoretical "out-of-the-box" of 0.4 g / m 2 .

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  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte à une installation de lubrification en ligne de cylindres de laminage (1), de préférence à chaud, d'une bande métallique, de préférence en acier, par pulvérisation ou atomisation d'un lubrifiant sur une cible comprenant lesdits cylindres et/ou ladite bande, de préférence au voisinage de l'emprise, au moyen d'une rampe (2) d'atomiseurs à air (3) contrôlables, disposée parallèlement auxdits cylindres (1) et alimentée en air ou gaz inerte sous pression (4), caractérisée en ce que chaque atomiseur (3) comprend une entrée pour l'air ou Ie gaz inerte sous pression (4) et une entrée d'huile pure sans pression (5), dans un adaptateur (6) suivi d'une chambre de mélange (6') ainsi qu'un gicleur de sortie (7) pour Ie mélange atomisé.

Description

INSTALLATION ET PROCEDE DE LUBRIFICATION PAR ATOMISATION
POUR CYLINDRES DE LAMINAGE
Objet de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte à une nouvelle installation de lubrification des cylindres ou rouleaux d'une ligne de laminage à chaud ou à froid. [0002] L'invention se rapporte également au procédé mis en œuvre sur l'installation.
Arrière-plan technologique et état de la technique
[0003] II est connu que le procédé de lubrification des cylindres de laminoir en sidérurgie est souvent réalisé par pulvérisation (ou vaporisation) d'une émulsion, qui est une suspension de gouttelettes d'huile dans l'eau, avec une concentration en huile variant typiquement entre 0,3 et 2 %. Il peut s'agir soit d'une émulsion stable, soit d'une émulsion instable préparée en ligne. [0004] Généralement, l' émulsion est appliquée directement sur les rouleaux de travail au moyen d'un dispositif de pulvérisation situé après les raclettes dans le but d'appliquer l'huile sur une surface sèche. Ce mode d'application assure une meilleure répartition de l'huile et par conséquent contribue à la réduction de la consommation en huile.
[0005] L'intérêt d'une bonne lubrification des rouleaux de travail n'est pas simplement limité au problème de performance des rouleaux (dégradation de surface) mais est également lié aux forces et couples de laminage à appliquer et partant à la consommation électrique nécessaire. La nécessité d'avoir une lubrification performante est encore accrue avec l'utilisation de rouleaux de type HSS caractérisés par un coefficient de frottement plus élevé que les rouleaux traditionnels, avec des aciers plus durs et d'épaisseur plus faible, dans des conditions d'augmentation de la production et dans des conditions de qualité de surface imposées par les clients plus sévères . [0006] Dans les conditions de lubrification, le coefficient de frottement dépend de nombreux facteurs tels que la technologie d'application utilisée, la quantité d'huile, la nature de l'huile, la vitesse de flux et la concentration de l'émulsion d'huile, la température de la surface de la bande ou des cylindres, la nature et l'état des rouleaux (rugosité, dégradation, calamine, épaisseur du film d'eau, etc.), la force et la vitesse de laminage, la réduction, la nuance et l'état de surface du produit, etc. Ainsi, l'efficacité de lubrification peut être très différente d'un train de laminage à l'autre et d'une cage à l'autre dans le même train.
[0007] En laboratoire, on a déterminé que l'efficacité de lubrification est fonction de la technologie de fourniture de lubrifiant, de la nature du lubrifiant (minéral, à base d'ester, etc.) et de la quantité de celui-ci mise en œuvre. Des résultats satisfaisants sont obtenus en pulvérisant de l'huile dans des répartitions surfaciques ( "plate-out" ) de 0,1 à 1 g/m2. [0008] Conventionnellement, le dispositif de pulvérisation de l'émulsion d'huile est soit un venturi, l'aspiration de l'huile étant réalisée par la dépression créée par de l'eau en mouvement dans le tube principal, soit un dispositif à gicleurs plats conventionnels pour l'injection d'une émulsion stable, par exemple un mélangeur statique ("static tube mixer") où l'on procède à une injection d'huile dans une zone de tube où le cisaillement (gradient de vitesse) est augmenté grâce à la présence d' "obstacles" . Le venturi ou le "static tube mixer" est combiné à une série d'injecteurs dont le nombre est sélectionné en fonction de la largeur de bande à lubrifier (3 à 7 injecteurs pour une bande allant jusqu'à 2 mètres de large) . [0009] Le document EP-A-I 193 004 décrit un procédé de lubrification pour laminage à froid comprenant les étapes de : fourniture d'une émulsion d'huile de laminage utilisant un premier dispositif de fourniture de l'huile sous forme d'une émulsion fournie à un cylindre et une bande d'acier selon un mode en circuit fermé ainsi qu'un deuxième dispositif de fourniture de l' émulsion seulement sur les surfaces avant et arrière de la bande d'acier. Dans le deuxième dispositif, l'huile de laminage est ajoutée à un émulsifiant de même type et même concentration que ceux utilisés pour le premier dispositif, avec un contrôle de taille moyenne de particules pour que celles-ci soient plus grandes que dans le premier dispositif. L 'émulsion produite par le second dispositif n'ayant pas adhéré à la bande est récupérée en même temps que l' émulsion produite par le premier dispositif. [0010] Le document WO-A-03/002 277 divulgue une installation pour refroidir et lubrifier des rouleaux de travail dans une cage de laminage, comprenant séparément une rampe de pulvérisation d'eau de refroidissement et une rampe de pulvérisation d'huile de lubrification, d'un mélange huile/air, huile/eau ou huile/air/eau, ou encore de graisse.
[0011] Le document WO-A-03/000 437 divulgue une installation et un procédé de lubrification de rouleaux de laminage, où une émulsion d'huile dans l'eau en proportions ajustables est préparée de façon homogène dans un mélangeur et fournie à différentes zones de pulvérisation dont la distribution est variable en largeur. Chaque zone correspond à une rangée de gicleurs, chaque gicleur étant. contrôlé par au moins une vanne-relais .
[0012] Le document JP-A-2001/179 313 divulgue un dispositif d'application de lubrifiant, que ce soit sous forme d'huile non diluée ou d'émulsion, comportant une structure en réseau permettant une adhésion uniforme du lubrifiant à un rouleau de travail dans une cage de laminoir.
[0013] Le brevet US-A-3 933 660 propose une huile réductrice de lubrification pour laminage à chaud du cuivre et de ses alliages comprenant 1000 parts en poids d'eau, 6 à 200 parts en poids d'activateur de surface anionique de type acide carboxylique, sulfate ou phosphate et 0,8 à 200 parts en poids d'au moins un composé contenant un groupement hydroxyle de type alcool, alkylène glycol ou éther glycol. L'huile de laminage procure au cuivre et à ses alliages une lubrification, une aptitude à enlever un film d'oxyde et une aptitude à prévenir la formation d'un film d'oxyde par une pulvérisation entre le cylindre de laminage et la bande à laminer à chaud. [0014] Le document JP-A-2003/129 079 divulgue une composition lubrifiante pour le travail plastique d'un métal comprenant un carboxylate, un phosphate acide métallique ou un alkylphosphonate métallique.
[0015] Le document JP-A-55 151 093 décrit un procédé de lubrification en laminage à froid d'une bande recouverte par un composé organique polaire où l'on pulvérise une émulsion d'huile et d'une composition comprenant un composé organique polaire tel que l'acide stéarique. L 'émulsion d'huile excédentaire est enlevée par essorage après formation d'une couche d'huile adsorbée à la surface de la bande .
[0016] Le document WO-A-2005/071 050 divulgue un lubrifiant auto-émulsifiant pour le travail des métaux obtenu par maléation d'huile triglycéride végétale ou animale.
[0017] Les principaux inconvénients inhérents à ces dispositifs de pulvérisation d'une érπulsion d'huile, utilisés à l'échelle industrielle, sont les suivants : - l'interaction huile-eau, qui est fonction du type d'huile et de la "qualité" de l'eau, détermine le temps d'adhésion de l'huile sur le cylindre, ainsi que la quantité adhérente. L'efficacité des dispositifs utilisés n'est donc pas aisément prévisible ; - les performances des émulsions instables utilisées sont hautement corrélées à la capacité de maintenir une bonne dispersion de l'huile dans l'eau, ou en d'autres termes à la valeur et à la stabilité au cours du temps du taux de cisaillement obtenu, lequel est corrélé au gradient de vitesse, qui est fonction à la fois de la longueur et du diamètre du tube utilisé ainsi que du débit de l'émulsion. Il est en fait difficile de maintenir cette stabilité entre le "static tube mixer" et les différents injecteurs ; en d'autres termes, il est difficile d'assurer la contrôlabilité du coefficient de frottement obtenu ; la mise en contact de l'huile et de l'eau conduit généralement à des réactions formant une phase polymérique dure et collante, bouchant les tuyaux d'admission et les injecteurs.
[0018] Pour remédier à ces inconvénients, la Demanderesse a déjà proposé, dans le document EP-A-I 512 469, un procédé et une installation de lubrification en ligne de cylindres de laminage à chaud permettant de maintenir constant ou en tout cas sous contrôle le frottement à l'échelle industrielle, d'augmenter l'efficacité de l'accrochage de l'huile de lubrification sur les cylindres et d'augmenter l'homogénéisation de la répartition de l'huile sur les cylindres.
[0019] Selon ce procédé, la lubrification est réalisée par pulvérisation ou atomisation d'un lubrifiant ou d'un mélange de lubrifiants au voisinage de l'interstice des cylindres de travail, au moyen d'un caisson fermé muni : d'un moyen de formation d'un nuage de gouttelettes de lubrifiant de taille inférieure à 700 μm, de préférence encore inférieure à 200 μm ; - d'un diaphragme à ouverture réglable associé audit moyen et placé sur une face avant du caisson et d'un dispositif de récupération de lubrifiant excédentaire sur la partie du diaphragme interne au caisson et sur les parois internes du caisson.
Buts de l'invention
[0020] La présente invention vise à fournir une solution qui permette de s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique et en particulier ceux liés à l'utilisation d'émulsions huile/eau.
[0021] L'invention a pour but l'obtention d'une haute homogénéité de lubrification des cylindres, adaptable et contrôlable tant à la hausse qu'à la baisse. [0022] L'invention a encore pour but une utilisation précise et économe de lubrifiant, à très faible débit, pour la même efficacité.
[0023] L'invention a encore comme but la réalisation d'une installation ne nécessitant pas une arrivée d'électricité au niveau de la cage, ni le chauffage de l'huile.
[0024] L'invention a encore comme but une maintenance aisée, grâce notamment à la prévention de l'obstruction des tuyauteries et des gicleurs.
[0025] L'invention a encore comme but l'élimination du risque de feu et la diminution de la pollution par le lubrifiant . [0026] L'invention a comme but additionnel de fournir des gicleurs directement montés sur un collecteur d'air commun, sous forme d'un système compact, qui les alimente et leur sert également de support mécanique. [0027] L'invention a encore comme but de fournir une installation comportant soit une pompe commune à plusieurs gicleurs par zone, soit plusieurs pompes de dosage pour plusieurs gicleurs, à raison d'une seule pompe par gicleur. [0028] L'invention a enfin comme but l'utilisation d'une huile sans pression dans le gicleur, qui soit de débit réglable.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0029] Un premier objet de la présente invention, indiqué dans la revendication 1, concerne une installation de lubrification en ligne de cylindres de laminage, de préférence à chaud, d'une bande métallique, de préférence en acier, par pulvérisation ou atomisation d'un lubrifiant sur une cible comprenant lesdits cylindres et/ou ladite bande, de préférence au voisinage de l'emprise, au moyen d'une rampe d'atomiseurs à air contrôlables, disposée parallèlement auxdits cylindres et alimentée en air ou gaz inerte sous pression, caractérisée en ce que chaque atomiseur comprend une entrée pour l'air ou le gaz inerte sous pression et une entrée d'huile pure sans pression dans un adaptateur suivi d'une chambre de mélange, ainsi qu'un gicleur de sortie pour le mélange atomisé.
[0030] Des formes d'exécution préférées de l'installation selon l'invention sont décrites dans les revendications dépendantes 2 à 13.
[0031] Un autre objet de la présente invention, indiqué dans la revendication 14, concerne un procédé de lubrification en ligne de cylindres de laminage, de préférence à chaud, d'une bande métallique, de préférence en acier, par pulvérisation ou atomisation d'un lubrifiant au moyen de l'installation précitée, caractérisé en ce qu'on génère, à la sortie des atomiseurs de la rampe, un nuage de fines gouttelettes d'huile pure sous pression d'air, avec un débit d'huile maximal de 200 ml/min, l'huile entrant sans pression dans l'atomiseur, la pression d'air étant inférieure à 0,5 bar.
[0032] Des formes d'exécution préférées du procédé selon l'invention sont décrites dans les revendications dépendantes 15 et 16.
Brève description des figures
[0033] La figure 1 est une représentation en perspective (avec sa vue de détail) d'une rampe d'atomiseurs à air pour la pulvérisation d'huile pure sur des cylindres de laminage, selon la présente invention.
[0034] La figure 2 représente schématiquement une vue de détail en coupe d'un atomiseur de la rampe de la figure 1. [0035] La figure 3 représente schématiquement une vue générale de l'installation- de lubrification selon une première forme d'exécution préférée de l'invention. [0036] La figure 4 représente un exemple réel de dessin d'atomisation obtenu avec l'installation selon la présente invention. [0037] La figure 5 représente schématiquement une vue générale de l'installation de lubrification selon une deuxième forme d'exécution préférée de l'invention. [0038] La figure 6 représente schématiquement une vanne à distribution modulaire (MDV) telle qu'utilisée dans l'installation de la figure 5.
[0039] La figure 7 représente graphiquement l'évolution de la force totale de laminage au cours du temps dans une installation à tube statique, respectivement avec utilisation d'huile de laminage et d'huile de colza comme lubrifiant et pour différentes valeurs de « plate- out ».
[0040] La figure 8 représente graphiquement l'évolution de la force totale de laminage au cours du temps dans une installation selon la figure 5, avec utilisation d'huile de colza.
Description détaillée de l ' invention
[0041] La présente invention est basée sur le principe d'atomisation à l'air pour pulvériser de très petites quantités d'huile pure sur les cylindres de travail. Suite à la très faible concentration d'huile pure utilisée, une répartition surfacique (« plate-out ») de 0 à 0,6 g/m2 peut être atteinte. Selon le dispositif d'atomisation à l'air de l'invention, la pulvérisation est formée grâce au mélange intime d'huile et d'air provenant de deux tubulures distinctes, l'air et l'huile étant « mélangés » juste après la sortie du petit tube d'entrée d'huile. Pour obtenir un dessin parfait de pulvérisation, la pression d'air et le débit d'huile ont été parfaitement ajustés au type d'application considéré, de manière à éviter la formation de brouillard.
[0042] II est caractéristique de la présente invention que l'huile n'est pas sous pression, c'est-à-dire qu'elle a une pression aussi faible que possible, mais est fournie aux gicleurs en très petite quantité par une
(micro) pompe, en combinaison ou non avec un distributeur.
L'huile s'écoule par un petit tube et le risque d'obstruction du gicleur est inexistant parce que son orifice a une ouverture dont la taille est de l'ordre du millimètre. Aucun chauffage de l'huile n'est requis parce que le dessin de pulvérisation et la taille des gouttelettes sont contrôlés uniquement par la pression de l'air.
[0043] Suite aux conditions d'environnement hostiles régnant dans les cages (hautes températures, humidité, etc.), une tête de pulvérisation robuste est proposée, qui peut facilement supporter ces influences hostiles. Aucun refroidissement de la tête n'est requis du fait que celle- ci est constituée uniquement de métal. Avec ce système, il est également possible d'avoir un contrôle de la largeur de pulvérisation, de manière telle que cette largeur puisse être calquée sur la largeur de la bande. Il faut alors installer une pompe additionnelle dans ce but.
Description de formes d'exécution préférées de l'invention
EXEMPLE 1 [0044] Selon une première forme d'exécution préférée de l'invention, représentée sur la figure 1, le dispositif de lubrification comporte une rampe 2 d'atomiseurs à air 3 disposée parallèlement au cylindre de laminage 1. Les atomiseurs 3 sont disposés le long de cette rampe 2, perpendiculairement à celle-ci, de préférence équidistants les uns par rapport aux autres. De préférence, la distance entre la rampe et le rouleau est de 100-200 mm. [0045] La figure 2 montre le détail d'un atomiseur 3, réalisé en acier inoxydable. Celui-ci comporte une entrée d'air sous pression 4, une entrée d'huile non pressurisée 5, ces deux entrées étant situées au niveau d'un adaptateur spécialement conçu 6 suivi d'une chambre de mélange 6' où se mélangent huile et air, ainsi qu'un gicleur 7 pour la sortie du mélange atomisé. L'adaptateur 6 situé après le collecteur d'air 4 permet donc le transport de l'air et l'alimentation en huile par l'entrée 5. Il joue également un rôle de fixation du gicleur (support) .
[0046] Avantageusement, on prévoira une quinzaine d'atomiseurs 3 pour une rampe 2 permettant une largeur de traitement de 2 m, avec par exemple un débit d'huile minimal de 50 ml/minute et maximal de 150 ml/minute. Les valeurs préférées de débit d'huile seront déterminées, pour chaque train de laminage spécifique, en fonction de la vitesse de rotation des cylindres (jusqu'à 20 m/s) . On utilisera de préférence de l'huile naturelle (donc pas de milieu « porteur ») , à une pression aussi faible que possible (idéalement 0 bar), de viscosité de l'ordre de 20- 50 mPa.s. Le système sera réglé de manière à obtenir un « plate-out » de l'ordre de 0,4 g/cm2, ce qui permet d'optimiser la force et le couple de laminage. La pression d'air ne peut excéder 0,4-0,45 bar, sous peine de voir la formation de brouillard. L'orifice des gicleurs ne doit pas être très petit, il est typiquement de 1,5 mm 0, d'où le risque d'obstruction est faible, comme déjà mentionné.
[0047] La figure 3 montre une vue générale d'une installation de lubrification selon cette première forme d'exécution de l'invention, comportant une rampe d'atomiseurs contrôlables, tels que décrits sur la figure 2.
[0048] Chacun des atomiseurs 3 de la rampe 2 est contrôlé au niveau d'un distributeur 9 comportant autant de micropompes de dosage que d'atomiseurs sur la rampe. Chaque micropompe du distributeur 9 est alimenté par un réservoir d'huile 11 et contrôlée individuellement, via un contrôleur de débit d'huile (12), par un PC 10 (par ex. 15 sorties, 0-
40 Hz) . La rampe 2 est alimentée par une conduite en air sous pression 13. La valeur de pression d'air est communiquée au PC pour régulation par un manomètre 14. La vitesse du cylindre 1 est également communiquée au PC par un appareil de mesure 15. Une vanne supplémentaire On/Off
(non représentée) peut être installée sur la conduite d'huile alimentant le distributeur 9, juste avant celui-ci, pour des raisons de facilité d'utilisation de 1 ' installation.
[0049] L'exemple de dessin d'atomisation représenté sur la figure 4 a une extension de 18 cm, à une distance de 20 cm des gicleurs. L'extension est de 13,5 cm si les gicleurs sont à 15 cm (débit d'huile de 6 ml/min et pression d'air de 0,3 bar avec un débit d'air de 10 1/min par gicleur) .
EXEMPLE 2
[0050] Selon une deuxième forme d'exécution préférée de l'invention, représentée sur la figure 5, la rampe 2 d'atomiseurs à air, disposée parallèlement au cylindre de laminage 1, est alimentée en huile venant du réservoir 11 selon des lignes parallèles munies de pompes de dosage 16 et aboutissant chacune, par une entrée 17, à une vanne à distribution modulaire 8 (MDV, pour modular divider valve, voir figure 6) se trouvant à une extrémité de la rampe 2 et dont les sorties multiples 18 alimentent les atomiseurs 3 situés sur la rampe 2. Une vanne supplémentaire On/Off (non représentée) peut être installée sur les conduites parallèles d'huile alimentant le distributeur 8, juste avant celui-ci, pour des raisons de facilité d'utilisation de l'installation. [0051] Un exemple de distributeur MDV 8, à six sorties 11, commercialisée par Lubriquip Inc., Cleveland, Ohio (USA) , est représenté sur la figure 6. Un cycle d'alimentation séquentielle des différentes portes de sortie 18 est assuré par le mouvement des pistons 19. L'utilisation de plusieurs vannes permet de diviser le cylindre à lubrifier en 2 ou 3 zones, par exemple A, B, C. La fourniture d'air 13 est assurée à une extrémité de la rampe 2 (0,3 bar). Dans chaque zone A, B, C, une pompe de dosage et un distributeur MDV sont utilisées pour alimenter chaque atomiseur 3 de la zone. Pour chaque zone, l'huile venant du réservoir central 11 est acheminé à une pompe de dosage 16. La pression minimale dépend de la perte de charge de la vanne MDV. Généralement une pression de 2 bar est nécessaire, mais, en cas de besoin, on peut augmenter la pression jusqu'à 10-15 bar. Avantageusement, l'huile sera filtrée, dans la mesure où des impuretés arrivant dans les vannes MDV sont susceptibles d'en perturber le fonctionnement . [0052] Avantageusement, la pression d'huile et la pression d'air seront contrôlées en permanence. De même, chaque cycle de MDV peut être parfaitement contrôlé (par exemple une impulsion toutes les 0,5 s ; pour 8 sorties, différence de temps entre deux sorties = 0,0625 s) et peut être enregistré sur un PC. Si un tuyau est encrassé, un signal d'alarme sera envoyé et permettra la mise hors- circuit de la vanne MDV correspondante.
RESULTATS D'ESSAIS COMPARATIFS [0053] Des essais comparatifs de lubrification de rouleaux en continu au moyen de deux types de lubrifiants différents, à savoir respectivement de l'huile de laminage à chaud et de l'huile de colza, ont été réalisés. Les deux technologies utilisées sont respectivement par emulsion celle utilisant le principe du tube statique, selon l'état de la technique et celle utilisant l'huile pure selon la présente invention.
[0054] Le tube statique comporte 4 gicleurs situés à une distance de 20-25 cm des rouleaux à lubrifier. La vitesse des rouleaux est comprise entre 0,3 et 0,5 m/s et le taux de réduction est de 50%. L'atomisation sur les rouleaux crée une zone d'arrosage qui a une largeur de 15 cm. [0055] Des conditions industrielles correspondant à un « plate-out » de 0,6 g/m2 ont été simulées. Des essais ont également été réalisés à des valeurs de « plate-out » plus élevées . [0056] Un « plate-out » théorique de 0,6 g/m2 correspond à un débit de 5 ml/min (soit 1,25 ml/min par gicleur) à une vitesse de 0,3 m/s et à un débit de 8 ml/min à une vitesse de 0,5 m/s.
[0057] Un « plate-out » théorique de 4,2 g/m2 correspond à un débit de 32 ml/min (soit 8 ml/min par gicleur) à une vitesse de 0,3 m/s.
[0058] Un « plate-out » théorique de 2,5 g/m2 correspond à un débit de 32 ml/min (soit 8 ml/min par gicleur) à une vitesse de 0,5 m/s. [0059] La figure 7 montre la variation de la force de laminage 21 en fonction du temps (et la moyenne mobile sur 250 périodes, 22), pour chaque type d'huile et, selon le cas, à différentes valeurs de « plate-out » (de 0,6 à 4,2 g/m2). La vitesse des rouleaux 23 est également représentée. [0060] Des essais similaires ont été réalisés avec la technologie selon l'invention, à vannes de répartition modulaire d'huile (de colza) pure et atomisation à air. La vitesse des rouleaux est de 0,3 et le taux de réduction est de 50%. L'atomisation a une largeur de 20 cm (sur une bande de 10 cm) .
[0061] Le répartiteur d'huile a été utilisé avec une pompe de dosage et 8 sorties (donc 8 gicleurs) . Le débit total vers le répartiteur était de 60 ml/min (soit 7,5 ml/gicleur) , ce qui correspond à un « plate-out » théorique de 0.4 g/m2.
[0062] Ces premiers essais représentés sur les figures 7 et 8 montrent que la force de laminage est mutatis mutandis sensiblement réduite (env. 15%) en utilisant la technologie selon la présente invention.
AVANTAGES DE L'INVENTION
[0063] Les avantages de la présente invention sont notamment les suivants :
- utilisation d'huile pure non pressurisée (à la limite 0 bar) et non chauffée, avec réduction d'au moins 30 % du débit d'huile par rapport à l'utilisation d'émulsions ;
- pas d'émulsion, c'est-à-dire de milieu porteur pour l'huile ;
- diminution du risque d'incendie (pas de pression d'huile) ;
- diminution de la pollution de l'environnement ;
- pas de formation de brouillard ; - pas de risque d'obstruction des gicleurs, l'utilisation de gicleurs à orifices importants étant permise, la viscosité de l'huile n'étant dès lors pas limitative ;
- haute homogénéité de pulvérisation ;
- optimisation de la force de laminage et grande efficacité de lubrification ;
- contrôle direct du débit d'huile sur le cylindre supérieur et sur le cylindre inférieur ;
- obtention d'un système compact et robuste ; — pas nécessité de nettoyage des tuyauteries de lubrification avec utilisation d'eau chaude, vu l'utilisation d'huile pure ;
- possibilité d'utiliser de l'huile végétale sans additif, ce qui est plus écologique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de lubrification en ligne de cylindres de laminage (1) , de préférence à chaud, d'une bande métallique, de préférence en acier, par pulvérisation ou atomisation d'un lubrifiant sur une cible comprenant lesdits cylindres et/ou ladite bande, de préférence au voisinage de l'emprise, au moyen d'une rampe (2) d'atomiseurs à air (3) contrôlables, disposée parallèlement auxdits cylindres (1) et alimentée en air ou gaz inerte sous pression (4) , caractérisée en ce que chaque atomiseur
(3) comprend une entrée pour l'air ou le gaz inerte sous pression (4) et une entrée d'huile pure sans pression (5) , dans un adaptateur (6) suivi d'une chambre de mélange (6') ainsi qu'un gicleur de sortie (7) pour le mélange atomisé.
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un distributeur (9) pour le contrôle de la sortie d'huile de chaque atomiseur
(3) de la rampe (2), ledit distributeur (9) étant alimenté par un réservoir d'huile (11) et comprenant une pompe de dosage de précision associée à chaque atomiseur (3) de la rampe (2), ladite pompe étant contrôlable individuellement par un ordinateur (10) .
3. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un distributeur (9) pour le contrôle de la sortie d'huile de chaque atomiseur
(3) de la rampe (2), ledit distributeur (9) comprenant au moins une ligne d'alimentation en huile munie d'une pompe de dosage de précision (16) suivie d'une vanne à distribution modulaire ou vanne MDV (8) comportant une pluralité de sorties (18) et un système de distribution séquentiel à pistons (19) .
4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la vanne MDV (8) est configurée pour alimenter de manière sélective des groupes d'atomiseurs (3) pour une lubrification différenciée de zones correspondantes (A, B, C) de la cible.
5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le nombre de zones (A, B, C) est au moins égal à 2.
6. Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un contrôleur de débit d'huile (12) dont la mesure est utilisable par l'ordinateur (10) pour le contrôle de l'alimentation en huile de la rampe (2) ainsi que de la largeur de pulvérisation et un manomètre (14) fournissant une mesure de pression d'air pouvant être également communiquée à l'ordinateur (10) .
7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un appareil de mesure (15) permettant de communiquer la vitesse instantanée d'un cylindre (1) à l'ordinateur (10).
8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la taille de l'orifice des gicleurs (7) est comprise entre 0,5 et 2 mm 0.
9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisée en ce que les atomiseurs (3) sont équidistants sur la rampe (2) .
10. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la distance entre la rampe (2) et la cible est comprise entre 100 et 150 mm.
11. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un système de filtration de l'huile.
12. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les nuages de pulvérisation des atomiseurs individuels (3) se recouvrent partiellement sur la cible.
13. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes,, caractérisée en ce qu'elle est prévue pour lubrifier une bande ou une surface cylindrique métallique défilant à une vitesse linéaire allant de 0,5 à 20 m/s.
14. Procédé de lubrification en ligne de cylindres de laminage, de préférence à chaud, d'une bande métallique, de préférence en acier, par pulvérisation ou atomisation d'un lubrifiant au moyen de l'installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on génère, à la sortie des atomiseurs
(3) de la rampe (2), un nuage de fines gouttelettes d'huile pure sous pression d'air, avec un débit d'huile maximal de
200 ml/min, l'huile entrant sans pression dans l'atomiseur, la pression d'air étant inférieure à 0,5 bar.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'une distribution d'huile vers les atomiseurs individuels (3) de la rampe (2) est régulée par l'ordinateur (10) qui reçoit en entrée des valeurs mesurées de débit d'huile, de pression d'air et de vitesse de cylindre.
16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisée en ce que l'installation est réglée pour déposer sur la cible une quantité surfacique (« plate- out ») de lubrifiant comprise entre 0,1 et 1 g/m2, de préférence inférieure ou égale à 0,6 g/m2.
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