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- Procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu.
Domaine technique La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, et plus particulièrement un procédé de refroidissement d'une bande d'acier dans une ligne de recuit continu et/ou de revêtement.
Etat de la technique Dans le domaine technique de la fabrication d'une bande d'acier en continu, on connaît déjà un procédé de trempe à l'eau bouillante, auquel la bande d'acier est soumise dès sa sortie d'un four de recuit continu. Ce procédé connu est auto-régulé, puisque le bain aqueux est en permanence maintenu à J'ébullition par la bande d'acier qui y pénètre à une température de l'ordre de 700 C à 850 C. Une bande d'acier ainsi traitée présente un très bon état de surface. En outre, sa planéité est excellente, à la condition toutefois que la bande d'acier présente, à sa sortie du bain de trempe, une température supérieure à la température de transition du refroidissement.
Au sens de la présente demande, la température de transition du refroidissement est la température de la bande pour laquelle le refroidissement de la bande par le bain de trempe passe d'un échange thermique à travers un film de vapeur continu à un échange thermique à travers une couche discontinue de bulles de vapeur.
Dans les conditions usuelles de cette trempe à l'eau bouillante et pour une bande d'acier, la température de transition du refroidissement est d'environ 320 C.
Typiquement, la bande d'acier quitte le bain de trempe à une température de l'ordre de 350oC ; elle est alors soit soumise à un traitement ultérieur de survieillissement sans refroidissement intermédiaire, soit refroidie jusqu'à la température ambiante, c'est-à-dire jusqu'à moins de 100 C par d'autres moyens appropriés.
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Un inconvénient de ce procédé est que sa vitesse de refroidissement est limitée, par exemple de l'ordre de 50 C/s à 60 C/s pour une bande d'acier de 0,8 mm d'épaisseur. En outre, il ne permet pas d'effectuer, sans système de refroidissement auxiliaire, un refroidissement de la bande d'acier jusqu'à moins de 1000C (full quench) tout en conservant une planéité satisfaisante de la bande.
Divers systèmes, notamment par jets d'eau et/ou de brouillard, ont été proposés pour poursuivre le refroidissement de la bande sans nuire à sa planéité. Il s'agit cependant en général de systèmes coûteux, bruyants et difficiles à conduire, qui n'ont pas connu, à ce jour, de réelle application industrielle.
Il existe aussi des procédés de refroidissement basés sur l'utilisation de flux de gaz ou de rouleaux refroidis ; ces procédés sont très onéreux à mettre en oeuvre et ne fournissent d'ailleurs pas les vitesses de refroidissement très élevées, exigées notamment par les
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aciers de résistance ; ces procédés entraînent en outre certains problèmes de planéité de la bande.
On connaît par ailleurs un autre système, travaillant par aspersion avec une eau à environ 80 C, qui permet de refroidir la bande d'acier jusqu'à moins de 100 C et d'augmenter la vitesse de refroidissement. Ce système n'est cependant pas compatible avec une trempe à l'eau bouillante, notamment à cause des températures nettement différentes imposées par les deux procédés.
Présentation de J'invention Il existe actuellement une demande pour des bandes en aciers de résistance, présentant néanmoins également une bonne planéité. En raison des inconvénients et des limitations des procédés rappelés plus haut, ceux-ci ne permettent pas de fabriquer des bandes d'acier de cette qualité.
Partant de cet état de la technique, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, qui permet d'une part d'abaisser la température finale de refroidissement de la bande et d'autre part d'augmenter sa vitesse de refroidissement, sans aucune dégradation de la planéité.
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Conformément à l'invention, un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, dans lequel on plonge la bande d'acier, à une température comprise entre 700 C et 850 C, dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à la température ambiante, est caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain aqueux au moins une substance tensio-active capable d'abaisser la tension superficielle dudit bain aqueux d'au moins 20 dynes/cm, en ce que l'on ajoute ladite substance tensio-active en une proportion comprise entre 0,5 gil et 50 g/l, et en ce que l'on abaisse ainsi la tension superficielle dudit bain aqueux à une valeur inférieure à 30 dynes/cm.
Suivant l'invention, on utilise avantageusement des substances tensio-actives capables de résister à des températures supérieures à 110 C, et de préférence aussi à des pressions d'au moins 2 bar.
Suivant une première mise en oeuvre, on utilise un bain aqueux constitué par un bain d'eau bouillante, connu en soi, qui peut présenter une profondeur de plusieurs mètres. L'addition de telles substances tensio-actives à un bain d'eau bouillante, conformément à l'invention, permet d'abaisser la température de transition du refroidissement, et donc de prolonger le refroidissement de la bande d'acier en dessous de la température précitée de 320 C. Selon la substance tensio-active utilisée, la température de transition du refroidissement peut ainsi être abaissée jusqu'à environ 125 C. Ces valeurs correspondent à une bande de 0,8 mm d'épaisseur ; elles peuvent varier légèrement dans la gamme des épaisseurs de bande concernées.
Suivant une autre mise en oeuvre particulière, on utilise un bain aqueux à une température de 500C à 90 C. Un tel abaissement de la température du bain aqueux, par rapport à une trempe à l'eau bouillante, a pour effet d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur entre la bande d'acier et le bain aqueux. Il en résulte une augmentation de la vitesse de refroidissement de la bande d'acier, ce qui est favorable pour la fabrication de bandes en acier de résistance. Les vitesses de refroidissement obtenues dans un bain liquide dont la température est comprise entre 50 et 900C sont aussi beaucoup plus élevées que celles obtenues dans les systèmes de refroidissement utilisant uniquement des flux de gaz.
A titre d'exemple, la vitesse de refroidissement passe d'environ 50 à 60 C/s pour un refroidissement à l'eau bouillante, à environ 150 à 200 C/s pour un refroidissement par de l'eau à 80 C, dans le cas d'une bande d'acier de 0,8 mm d'épaisseur.
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Parallèlement, cet abaissement de la température du bain aqueux influence également la température de transition du refroidissement. En particulier, pour une bande d'acier, cette température de transition du refroidissement est de 550 C dans un bain d'eau à 70 C ; elle peut être abaissée jusqu'à environ 3000C par une addition appropriée d'au moins une des substances tensio-actives précitées.
Il est cependant impératif que la bande quitte le bain de trempe à une température supérieure à cette température de transition pour conserver sa planéité.
Dans ces conditions, lorsque la température de transition du refroidissement est trop nettement supérieure à la température de 100 C-cas d'un bain aqueux à 70-80 C avec ou sans addition de substances tensio-actives-on peut alors, suivant une variante de
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l'invention, poursuivre le refroidissement de la bande d'acier jusqu'à moins de 1 00"C (full quench), sans perte de planéité, en appliquant un refroidissement par aspersion avec de l'eau à 70-80 C. Cette eau peut ensuite être renvoyée dans le bain aqueux.
Suivant encore une autre caractéristique particulière, on ajoute audit bain aqueux au moins un acide organique, choisi parmi l'acide acétique, l'acide benzoïque et l'acide formique, en une concentration C, exprimée en g/l, donnée par la formule :
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dans laquelle : C est la concentration minimale de l'acide utilisé T bain est la température du bain de trempe
Ci est un coefficient spécifique de l'acide utilisé, qui vaut
0,09 pour l'acide acétique
0,12 pour l'acide benzoïque
0,04 pour l'acide formique.
Cette variante s'avère particulièrement avantageuse pour la fabrication de bandes d'acier non oxydées, destinées notamment à être galvanisées directement.
Dans le cas de cette variante particulière, les substances tensio-actives ajoutées au bain aqueux doivent en outre résister aux acides organiques précités.
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A titre d'exemples de substances tensio-actives présentant les propriétés requises de résistance à des températures supérieures à 110oC, à des pressions d'au moins 2 bar ainsi qu'aux acides organiques précités, on peut mentionner les composés suivants, sans que cette énumération soit limitative : - tristéarate de sorbitan - trioleate de sorbitan - isostéarate de sorbitan - monostéarate de sorbitan - monolaurate de sorbitan - monostéarate de pent rythritol - monooléate de pent rythritol - dioléate de propylène glycol.
Il va de soi que ces composés peuvent être présents, en concentrations variables, dans les substances tensio-actives utilisées conformément à l'invention.
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- Process for manufacturing a steel strip continuously.
Technical Field The present invention relates to a process for manufacturing a steel strip continuously, and more particularly to a process for cooling a steel strip in a continuous annealing and / or coating line.
STATE OF THE ART In the technical field of manufacturing a continuous steel strip, a boiling water quenching process is already known, to which the steel strip is subjected as soon as it leaves a furnace. continuous annealing. This known process is self-regulating, since the aqueous bath is permanently maintained at boiling point by the steel strip which enters it at a temperature of the order of 700 ° C. to 850 ° C. A steel strip thus treated presents a very good surface condition. In addition, its flatness is excellent, provided, however, that the steel strip has, on leaving the quench bath, a temperature higher than the transition temperature of cooling.
Within the meaning of the present application, the cooling transition temperature is the temperature of the strip for which the cooling of the strip by the quench bath passes from a heat exchange through a continuous vapor film to a heat exchange through a discontinuous layer of vapor bubbles.
Under the usual conditions of this quenching with boiling water and for a steel strip, the transition temperature of the cooling is approximately 320 C.
Typically, the steel strip leaves the quench bath at a temperature of the order of 350oC; it is then either subjected to a subsequent overaging treatment without intermediate cooling, or cooled to ambient temperature, that is to say to less than 100 ° C. by other appropriate means.
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A drawback of this process is that its cooling rate is limited, for example of the order of 50 C / s to 60 C / s for a steel strip 0.8 mm thick. In addition, it does not make it possible, without an auxiliary cooling system, to cool the steel strip to less than 1000C (full quench) while retaining a satisfactory flatness of the strip.
Various systems, notably by water jets and / or mist, have been proposed to continue cooling the strip without affecting its flatness. However, these are generally expensive, noisy and difficult to drive systems which have not, to date, had any real industrial application.
There are also cooling methods based on the use of gas streams or cooled rollers; these methods are very expensive to implement and do not, moreover, provide the very high cooling rates, required in particular by
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resistance steels; these methods also lead to certain problems of flatness of the strip.
Another system is also known, working by spraying with water at around 80 ° C., which makes it possible to cool the steel strip to less than 100 ° C. and to increase the cooling rate. This system is however not compatible with quenching with boiling water, in particular because of the markedly different temperatures imposed by the two methods.
Presentation of the invention There is currently a demand for strips of resistance steels, which nevertheless also exhibit good flatness. Due to the drawbacks and limitations of the processes mentioned above, these do not make it possible to manufacture steel strips of this quality.
Based on this state of the art, the present invention provides a method of manufacturing a steel strip continuously, which makes it possible on the one hand to lower the final temperature for cooling the strip and on the other hand to increase its cooling rate, without any degradation in flatness.
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According to the invention, a process for manufacturing a steel strip continuously, in which the steel strip is immersed, at a temperature between 700 C and 850 C, in an aqueous bath maintained at a higher temperature at room temperature, is characterized in that at least one surface-active substance capable of lowering the surface tension of said aqueous bath by at least 20 dynes / cm is added to said aqueous bath, in that it is added said surfactant in a proportion of between 0.5 gil and 50 g / l, and in that the surface tension of said aqueous bath is thus lowered to a value less than 30 dynes / cm.
According to the invention, use is advantageously made of surface-active substances capable of withstanding temperatures above 110 ° C., and preferably also at pressures of at least 2 bar.
According to a first implementation, an aqueous bath is used consisting of a boiling water bath, known per se, which can have a depth of several meters. The addition of such surface-active substances to a boiling water bath, in accordance with the invention, makes it possible to lower the transition temperature of the cooling, and therefore to prolong the cooling of the steel strip below the above-mentioned temperature of 320 C. Depending on the surfactant used, the cooling transition temperature can thus be lowered to around 125 C. These values correspond to a strip 0.8 mm thick; they may vary slightly in the range of strip thicknesses concerned.
According to another particular implementation, an aqueous bath is used at a temperature of 500C to 90 C. Such a lowering of the temperature of the aqueous bath, compared to a quenching with boiling water, has the effect of increasing the heat transfer coefficient between the steel strip and the aqueous bath. This results in an increase in the cooling rate of the steel strip, which is favorable for the manufacture of resistance steel strips. The cooling rates obtained in a liquid bath whose temperature is between 50 and 900C are also much higher than those obtained in cooling systems using only gas flows.
For example, the cooling rate goes from about 50 to 60 C / s for cooling with boiling water, to about 150 to 200 C / s for cooling with water to 80 C, in the case of a steel strip 0.8 mm thick.
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At the same time, this lowering of the temperature of the aqueous bath also influences the transition temperature of the cooling. In particular, for a steel strip, this cooling transition temperature is 550 C in a water bath at 70 C; it can be lowered to around 3000C by an appropriate addition of at least one of the above-mentioned surfactants.
However, it is imperative that the strip leaves the quenching bath at a temperature above this transition temperature to maintain its flatness.
Under these conditions, when the cooling transition temperature is too markedly higher than the temperature of 100 ° C. in the case of an aqueous bath at 70 ° -80 ° C. with or without the addition of surfactants, it is then possible, according to a variant of
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the invention, continue cooling the steel strip to less than 1 00 "C (full quench), without loss of flatness, by applying spray cooling with water at 70-80 C. This water can then be returned to the aqueous bath.
According to yet another particular characteristic, at least one organic acid, chosen from acetic acid, benzoic acid and formic acid, is added to said aqueous bath, at a concentration C, expressed in g / l, given by the formula :
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in which: C is the minimum concentration of acid used T bath is the temperature of the quench bath
Ci is a specific coefficient of the acid used, which is
0.09 for acetic acid
0.12 for benzoic acid
0.04 for formic acid.
This variant is particularly advantageous for the manufacture of non-oxidized steel strips, intended in particular to be galvanized directly.
In the case of this particular variant, the surface-active substances added to the aqueous bath must also resist the aforementioned organic acids.
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As examples of surface-active substances having the required properties of resistance to temperatures above 110 ° C., to pressures of at least 2 bar and to the abovementioned organic acids, the following compounds may be mentioned, without this the list is exhaustive: - sorbitan tristearate - sorbitan trioleate - sorbitan isostearate - sorbitan monostearate - sorbitan monolaurate - pent rhythmritol monostearate - pent rhythmritol dioleate - propylene glycol dioleate.
It goes without saying that these compounds can be present, in varying concentrations, in the surface-active substances used in accordance with the invention.