LU81564A1 - Procede de fabrication de tubes,tubes obtenus par ce procede et leur utilisation dans des condenseurs et des echangeurs de chaleur - Google Patents

Description

' Mémoire descriptif déposé à l'appui de la demande de brevet pour : PROCEDE DE FABRICATION DE TUBES, TUBES OBTENUS PAR CE PROCEDE ET LEUR UTILISATION DANS DES CONDENSEURS ET DES ECHANGEURS DE CHALEUR, * formée par

Société Anonyme des USINES A CUIVRE ET A ZINC DE LIEGE à B-^020 LIEGE.

Inventeurs : Y. ANDRIEN et J.L. GHYSELEN.

La présente invention concerne un procédé amélioré de fabrication de tubes, en cuivre et alliages de cuivre, destinés à être utilisés dans des condenseurs et des échangeurs de chaleur. L'invention s'étend également aux tubes réalisés par ce procédé et leur utilisation dans des condenseurs et des échangeurs de chaleur » On utilise actuellement largement des tubes en cuivre et en alliages de cuivre dans des condenseurs et des échangeurs de chaleur installés dans les centrales électriques, thermiques, ou nucléaires, dans les raffineries de pétrole, à bord de navires ou dans l'industrie chimique ou encore dans des stations de dessalement de l'eau de mer etc.

Pour ces tubes, il est fait appel en particulier à la bonne tenue générale à la corrosion du cuivre et de ses alliages et à leur excellente conductibilité thermique.

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Par différents apports d'éléments alliants et dans une moindre mesure par différents traitements physiques, on est généralement parvenu à éviter certains types de corrosion dont pourraient être affectés de tels tubes. Une étude générale à ce propos peut être trouvée dans l'article de C. BRECKON et J.R.T. BAINES dans I. Mar. E. 1955, pages 1 à 10.

Une forme de corrosion particulière est l'apparition de piqûres localisées pouvant très rapidement entraîner une fuite du liquide réfrigérant et la mise hors service du tube. L'appariti s de ce genre de piqûres semble devoir être attribuée à l'utilisatic d'huiles lors de l'étirage des tubes, qui se décomposent en libérant des particules de carbone lors du recuit ultérieur.

Différents procédés ont en conséquence été proposés pour éliminer les résidus d'huiles d'étirage, pour éviter la formation de dépôts de carbone provenant de ces huiles ou pour éliminer ces dépôts par un traitement physique.

Ainsi, pour ne pas dépasser le niveau de 2 mg/dm de carbone, on injecte dans les tubes, en particulier dans les tubes sous forme de rouleaux, avant leur recuit, un produit dégraissant * tel que le trichloréthylène, pour diminuer la quantité d'huile résiduelle susceptible de provoquer des dépôts de carbone.

Après avoir fait passer ce liquide dégraissant, on injecte à l'intérieur du tube un courant de vapeur d'eau destiné à entraînei les traces résiduelles de solvant.

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Il a été également proposé de réduire la teneur en carboi résiduel des tubes après recuit en injectant à l'intérieur de 4 ceux-ci à grande vitesse, un mélange d'air et de particules abrasives telles que l'alumine ou le carbure de silicium.

Π Ce procédé n'est cependant pas applicable à des tubes en rouleaux -.Tjr» . la chute de vitesse des particules abrasives provoquée par leur impact dans les courbes du rouleau est trop élevée pour que les particules abrasives puissent enlever uniformément les dépôts de carbone ou autre, dans des tubes se présentant sous forme de rouleaux.

Finalement, on est arrivé à obtenir une teneur résiduelle 2 en carbone atteignant des valeurs aussi basses que 0,3 mg/dm en injectant dans les.tubes, avant leur traitement thermique, un mélange gazeux contenant de l’oxygène et des gaz inertes·

Lors du recuit dans un four, généralement à atmosphère », réductrice, l’oxygène réagit avec les hydrocarbures résiduels d’étirage restant à l’intérieur du tube en formant des gaz volatil» tels que le monoxyde ou le dioxyde de carbone qui sont ensuite facilement éliminés du tube. Dans ce procédé, la teneur en oxygène est ajustée dans l’atmosphère injectée dans le tube de façon à éviter tout particulièrement la formation de dépôts pulvérulents » d’oxydes lors du recuit. Ceci rend bien entendu nécessaire la réalisation de conditions opératoires très difficules à maîtriser au cours d’une production industrielle.

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On conçoit que tous ces procédés sont particulièrement difficiles à mettre en pratique à l’échelle industrielle sur des productions de tubes importantes et qu’il est en particulier difficile de les concilier avec une production continue de tubes en cuivre ou alliages de cuivre.

; La présente invention vise donc à éviter les inconvénient, des techniques de l’art antérieur et a pour objet en particulier de réaliser de manière simple et économique des tubes en cuivre ou alliages de cuivre convenant à l’usage indiqué.

// Le résultat recherché peut être obtenu par un procédé } - traitement d'une bande de cuivre ou d'alliage de cuivre dans une atmosphère oxydante à une température et pendant une durée i suffisante pour obtenir, après recuit, une réduction de la teneur en carbone à un niveau prédéterminé, t - traitement de nettoyage de surface en vue d'éliminer les dépôts non adhérents sur au moins une face de la bande et les rives de celle-ci, - soudage de la bande selon des techniques classiques en vue de former un tube, la face ayant subi le traitement de nettoyage v formant l'intérieur du tube.

La teneur en carbone est généralement réduite à une valeur qui est au moins inférieure à 2 mg/dm ; dans la plupart des cas, il est avantageux de descendre jusqu'à des valeurs atteignant 2 2 , . , 0,3 mg/dm au moins ou même 0,03 mg/dm . Le procédé rend précisémi possible d'obtenir directement des teneurs aussi basses que 0,02 mg/dm , sans la moindre difficulté, étant donné 1'accessibil: totale d'une bande à un traitement oxydant, chose non réalisée lors du traitement de tubes de grandes longueurs et en particulie: de tubes enroulés.

> L'homme de l'art déterminera aisément les conditions opératoires, et en particulier le choix de la température et de ' la durée de traitement d'oxydation, ainsi que la teneur en oxygèm du mélange gazeux utilisé, en particulier en prenant en considéra-les paramètres technologiques de production.

L'avantage de cette façon de procéder, comparée à l'oxydation interne d'un tube réside dans la plus grande régulari-du traitement d'oxydation. En effet, lors du traitement d'oxydati de tubes, on ne réalise pas des conditions totalement constantes * '/ // des compositions gazeuses et autres à l'intérieur du tube, du d'oxyde et de dioxyde de carbone, l'introduction d'un mélange gazeux contenant de l'oxygène se faisant à une extrémité du tube et le rejet des gaz de combustion en mélange avec l'excès de gaz injectés se faisant à l'autre extrémité de ce tube. Ce mode , opératoire entraîne nécessairement des irrégularités du traitement, dues à des concentrations variables et incontrôlables d'huiles dans les tubes et des dépôts irréguliers d'oxydes.

On notera aussi que la plupart des techniques de l'art . antérieur ne permettent pas d'obtenir les basses teneurs en carbone qu'il est possible d'atteindre par le procédé de la présente invention, ni de réaliser un fini de surface et une composition adéquate du film de surface comparable à ce qu'on peut obtenir selon la présente invention. Il suffit en particulier de songer aux difficultés que présenterait un brossage efficace de l'intériex d'un tube droit et à fortiori coudé ou enroulé.

Afin d'assurer une bonne rentabilité des installations, il est particulièrement avantageux de produire des tubes en contim et le traitement d'oxydation et de nettoyage préalable sera donc ' également rendu, de préférence, continu.

Le traitement d'oxydation provoque nécessairement la formation d'une couche d'oxydes sur la surface de la bande. La Demanderesse s'est cependant aperçue, contrairement à ce qui était généralement admis, que cette couche d'oxydes n'était pas nécessai] ment néfaste pour autant qu'elle ne soit pas poreuse, friable et/oi peu adhérente au métal sous-jacent. De manière surprenante, il est apparu qu'un traitement permettant d'éliminer des dépôts de cette nature,faisant suite à une oxydation telle que décrite, est suffis« pour assurer un produit d'excellente qualité, dans lequel les / /

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Par un choix adéquat de la technique d'élimination des dépôts, on peut suivant le résultat souhaité soit éliminer uniquement les dépôts non adhérents, poreux et friables qui se seraient éventuellement formés, soit réaliser un véritable décapai éliminant aussi bien les dépôts non adhérents que les dépôts adhérents d'oxydes.

Ledit traitement de nettoyage de surface peut être réalisé par brossage, par sablage (gritblasting) ou par décapage, en fonction de l'état de surface final souhaité.

Ici à nouveau, on tire avantage de la possibilité de traiter une surface accessible, sur n'importe quelle largeur, alors que des traitements de ce type ne sont que très difficileme réalisables sur un tube de grande longueur du fait de la difficul à faire circuler l'agent de traitement (brosse, sable ou liquide décapant) dans un tube.

Il est en particulier pratiquement impossible de procède à un sablage efficace de tubes d'un diamètre supérieur à 22 mm ou de tubes recuits et conditionnés en rouleaux.

Le traitement de nettoyage de surface préconisé selon l'invention est également totalement automatisable et peut être réalisé en continu, en succession au traitement d'oxydation.

Le procédé présente également l'avantage de pouvoir simultanément traiter les rives de la bande, assurant de cette manière la propreté des bords, condition du succès de l'opération de soudage ultérieure.

, Le soudage pour former un tube s'effectue de manière classique dans des installations, de préférence continue, bien connue de l'homme de l'art. Un procédé de soudage applicable est / décrit notamment dans l'ouvrage "HERSTELLUNG VON ROHREN" édité pa //

Le procédé est notamment applicable pour la réalisation de tubes répondant aux paramètres caractéristiques décrits dans la demande de brevet luxembourgeois 80891 du 7 février 1979 au nom de la Demanderesse.

Le progrès technique obtenu par l’invention, comparé aux procédés classiques de traitement ultérieur de tubes après leur formage, réside dans la maîtrise totale des conditions de traitement de réduction de la teneur en carbone et d’élimination * totale ou partielle des dépôts d'oxydes. Il devient de cette manière possible de réaliser un produit présentant de manière constante sur toute la production, des états de surface adéquats d ' la partie du tube au contact avec les liquides exerçant un effet de corrosion. De plus, l'opération permet simultanément d'obtenir un état de propreté parfait des rives de la bande, ce qui accroît la qualité de la soudure obtenue.

| Finalement, du fait que les traitements d'oxydation et de nettoyage s'effectuent sur une surface plane et accessible, i on assure non seulement une meilleure qualité des traitements, mais il est facile d'inspecter et de contrôler la qualité de ‘l'opération, chose irréalisable de manière simple, notamment visuelle, dans un tube.

On notera finalement que les gaz résultant du traitement ! d'oxydation et en particulier l'eau formée, peuvent être éliminés ; facilement' et constamment lors de l'oxydation pratiquée selon l'invention sur une bande plane, alors qu'il y avait de grands risques de condensation lors du traitement d'oxydation sur un tube

Il convient de noter que le tube produit selon l'inventic peut subir, après son formage faisant suite à un traitement // . . .

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' Ces traitements peuvent être des traitements de nature « purement mécanique, tels que raclage du cordon de soudure intérieur calibrage etc. ou de nature physico-chimique tels que recuit, ou encore une opération de conditionnement telle que enroulement après recuit etc.

Les alliages susceptibles d'être traités selon l'invention sont le cuivre arsénieux (99>40 % Cu - As 0,40 %\ P 0,025 %) le cuivre au phosphore (Cu 99»9 %\ P 0,025 %) le laiton 70/90 (70 % Cu, 30 % Zn) le laiton Amirauté 70/29/1 (70 % Cu - 29 % Zn; 1 % Sn) le laiton 76/22/2 (76 % Cu - 22 % Zn; Z % Al) le , » cupronickel 90/10 (90 % Cu - 10 % Ni, 1,4 % Fe et 0,75 % Mn) ! j le cupronickel 70/30 (70 % Cu - 30 % Ni, 0,6 % Fe et 0,75 % Mn) le cupronickel 70/30 au fer (30 % Ni - 1,5 % Fe, 1,5 % Mn) le bronze d'aluminium (94 % Cu - 6 % d'Al). Cette liste comprend s ' les principaux alliages visés et n'est pas exhaustive, le principe de l'invention étant applicable de manière générale aux principaux alliages du commerce.

Les tubes produits selon le procédé de l'invention se distinguent par leur qualité constante. A qualité égale, leur coût de production est nettement réduit comparé aux produits résultant de l'état de la technique.

La durée du traitement d'oxydation qui est appliqué selon l'invention est fonction de la vitesse du passage de la bande dans le four; généralement le temps de passage dans la zone réactive est comprise entre 1 et 3 minutes, la température dans le four étant située entre 660 et 810°C.

Ces produits peuvent être utilisés pour tous les usages / classiques de tubes de cette nature et en particulier ainsi qu’il " j r , r - - # -, 1 1 ... / T _1 __ L'invention sera décrite plus en détail dans l'exemple qui suit, donné uniquement à titre d'illustration de l'invention et sans caractère limitatif.

Exemple

La bande de cuivre ou d'alliage de cuivre est déroulée à la vitesse d'environ 21 mètres par minute et passe dans un bain de trichloréthylène en continu qui enlève la part (environ 95 %) la plus importante d'huile résiduelle présente sur la bande. Celle-ci est ensuite introduite en continu dans un four tunnel dont la zone centrale de chauffe a une température de 660 à 810°C. chauffée au gaz naturel avec un excès d'air. A la sortie du four, des outils de coupe enlèvent sur une profondeur de 0,25 mm l'oxyde présent sur les rives latérales de la bande afin d'y produire une surface métallique propre chimiquement. La bande est ensuite introduite dans neuf cages comportant des galets formeurs qui permettent de cintrer la bande sous forme de tubes. En continu une bobine en cuivre de 10x10x2 mm (section carrée) parcourue à l'intérieur par un débit d'eau de 3 litres par seconde et par * un courant alternatif à haute fréquence (350.000 cycles par second chauffe les rives de la bande formée. Simultanément des galets formeurs (dont le rayon de la gorge est le diamètre extérieur du tube produit) forgent le métal avec un déplacement axial de 0,35 m Une cisaille volante découpe le tube produit à la longueur préalablement fixée.

Pour réaliser un tube dont la surface interne est métallique, * exempte d'oxyde, le traitement d'oxydation décrit ci-dessus (voir four tunnel) est suivi d'un brossage avec des brosses en poils de bronze (de 0,3 mm de diamètre) animées d'une vitesse de /7 . ' - 10 -

Pour réaliser un tube dont la surface interne est métallique, exempte d'oxyde, le traitement d'oxydation décrit ci-dessus (voir four tunnel) peut également être muni d'un sablage avec des particules d'alumine dont la granulométrie est comprise «· , entre 12 et kk microns et la vitesse de projection est *t,5 mètres par seconde.

’ Pour réaliser un tube dont la surface interne est métallique exempte d'oxyde, le traitement d'oxydation décrit ci-dessus (voir four tunnel) peut être muni d'un décapage en faisant passer en continu la bande dans une solution aqueuse contenant 25 % d'acide sulfurique.

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Claims (8)

1. Procédé de fabrication de tubes présentant une susceptibilité réduite à la corrosion par piqûres, caractérisé en ce qu'il comporte au moins en succession les étapes suivantes : 1. traitement d'une bande de cuivre ou d'alliage de cuivre dans une , atmosphère oxydante à une température et pendant une durée suffisante pour obtenir, après recuit, une réduction de la teneur en carbone à un niveau prédéterminé, - traitement de nettoyage de surface en vue d'éliminer les dépfcts non adhérents sur au moins une face de la bande et les rives de » 1 celle-»ci, - soudage de la bande selon des techniques classiques en vue de former un tube, la face ayant subi le traitement de nettoyage formant l'intérieur du tube.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce , que la teneur en carbone est réduite jusqu'à une valeur inférieure * 2 à 2 mg/dm .

3· Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé !1 en ce que la teneur en carbone est réduite jusqu'à une valeur 2 inférieure à 0,3 mg/dm . k. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la teneur en carbone est réduite jusqu' · 2 une valeur inférieure ou égale à 0,02 mg/dm .

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1. k caractérisé en ce que le traitement d'oxydation s'effectue - .-pendant une durée de 1 à 3 minutes, à une température comprise il : dans une plage de 660°C à 8'O°C.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le traitement de nettoyage de \ ^ .J. -» p· f.» c T "v. V\~i . rr- ~ c. * * - 12 -

7· Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le traitement de nettoyage de surface s'effectue par sablage.

8· Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le traitement de nettoyage de surface s'effectue par décapage. 9® Produits sous forme de tubes soudés obtenus par le * procédé d'une quelconque des revendications 1 à 8·

10. Utilisation de tubes selon la revendication 9 dans des condenseurs et des échangeurs de chaleur. / y" / '/> *//] ' v 1