CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -
<EMI ID=1.1>
Association sans but lucratif -
Vereniging zonder winstoogmerk
à BRUXELLES, (Belgique).
Procédé de refroidissement de bandes métalliques minces.
La présente invention concerne le refroidissement forcé de
bandes métalliques minces, en particulier en acier. Elle vise notamment l'opération de refroidissement pratiquée dans les
lignes continues de traitement thermique des bandes minces.
On sait que si le refroidissement appliqué n'est pas homogène,
les bandes peuvent, à l'état final, présenter de graves défauts. A cet égard, on peut citer le manque de planéité, qui
se manifeste lorsque les tensions ont dépassé localement la
limite d'élasticité du matériau pendant le refroidissement.
Les bandes peuvent également présenter des vermiculures, c'està-dire des marques de déformation plastique, qui apparaissent lorsque la limite d'élasticité du matériau est atteinte pour
une certaine température du produit et que la caractéristique
de traction du matériau présente un palier à cette tempéra-
<EMI ID=2.1> Pour tenter de prévenir l'apparition de ces deux types de défauts, on a déjà proposé divers procédés mettant en oeuvre des méthodes pour un refroidissement relativement doux.
Une première méthode connue consiste à appliquer un refroidissement par soufflage d'air, pour lequel le coefficient d'é-
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refroidissement assez lent, qui nécessite une longue durée d' application et par conséquent l'utilisation d'installation de refroidissement de grande longueur. La consommation d'air comprimé* et le coût de l'opération sont en conséquence élevés.
On connaît une autre méthode de refroidissement qui consiste
à immerger la bande mince dans de l'eau maintenue à sa température d'ébullition. Dans ce cas, le coefficient d'échange de
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lition en film, c'est-à-dire lorsque la température de surface du produit est supérieure à 300[deg.]C. En dessous de cette
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rapidement et le refroidissement par immersion dans l'eau bouillante ne permet pas toujours d'obtenir une bande plane et exempte de vermiculures. En outre, ce refroidissement est également assez lent et présente à cet égard les mêmes inconvénients que le refroidissement par soufflage d'air.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier aux inconvénients qui viennent d'être mentionnés. A cet effet, le procédé de l'invention assure un refroidissement intense de la bande, tout en permettant d'obtenir un produit de qualité, présentant une excellente planéité et exempt de vermiculures.
Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on soumet une bande métallique mince à un refroidis sèment par projection d'un agent réfrigérant, est essentiellement caractérisé en ce que le dit refroidissement comporte une phase, dite à basse intensité, au cours de laquelle le
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Selon une mise en oeuvre intéressante du procédé de l'invention, on exécute en premier lieu la phase de refroidissement
à basse intensité, jusqu'à ce que la bande ait atteint une température prédéterminée, et ensuite la phase de refroidissement à haute intensité.
Egalement selon l'invention, il a été trouvé avantageux d'interrompre la première phase de refroidissement lorsque la surface de la bande a atteint une valeur comprise entre 3500C et
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Toujours selon l'invention, il peut être intéressant de prévoir une phase de refroidissement supplémentaire, dite à intensité intermédiaire, qui se situe de préférence entre la phase à basse intensité et la phase à haute intensité.
Dans le cadre de l'invention, il s'est avéré particulièrement intéressant de refroidir la bande au moyen de jets, par exemple d'eau, disposés de façon à couvrir la totalité de la surface de la bande. L'eau peut éventuellement être chaude et/ou projetée sous forme d'un brouillard.
Dans ce cas, il est intéressant d'utiliser le même agent réfrigérant dans les diverses phases de refroidissement, la différence d'intensité étant obtenue en ajustant le débit total
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, effectué en modifiant soit le nombre de jets d'agent réfrigé-
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soi.
A titre d'exemple, on va décrire à présent une application du procédé de l'invention au refroidissement en deux phases d'une bande mince au moyen de jets d'eau, en faisant référence aux figures annexées.
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Sur la figure 1, la bande A se déplaçant dans la direction de la flèche B, est soumise à l'action de jets d'eau disposés en quinconce, dont seuls les trois jets d'axe perpendiculaire à la bande aux points C, D et E sont représentés. On a également indiqué 5 points, numérotés 0, 1, 2, 3, et 4 situés à distance croissante du point C, ainsi qu'un point 5 situé à égale distance des points C, D et E.
Les figures 2 à 5 traduisent les résultats obtenus par une opération de refroidissement, soit uniquement à haute intensité
(fig. 2 et 3), soit uniquement à basse intensité (fig. 4 et 5) .
La figure 2 montre les courbes 0 à 5 donnant l'évolution de la densité de flux calorifique en fonction de la température superficielle de la bande, correspondant respectivement aux points 0 à 5 indiqués à la figure 1. Ces courbes traduisent un refroidissement à haute intensité pour lequel le coeffi-
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Ces courbes sont séparées les unes des autres, ce qui révèle une hétérogénéité sensible du refroidissement appliqué.
On a représenté à la figure 3, l'évolution des contraintes d'origine thermique, superposées à la traction dans la bande
(20 N/mm<2>), en fonction de la température superficielle de la bande, toujours dans le cas du refroidissement à haute intensité de la figure 2. Ces courbes montrent qu' il se développe dans la bande, des contraintes de compression (ligne passant par le point 0) et des contraintes de traction (ligne passant parle point 4) . Il apparaît également que la différence maximale entre les contraintes de traction et de compression se manifeste pour une température de la bande de l'ordre de 300[deg.]C. Sur cette figure 3, on a également représenté l'évolution de la limite d'élasticité Re de la bande, en fonction de sa température, ainsi que le point M d'apparition du palier dans la courbe de traction.
L'examen de ces courbes montre qu'au voisinage du point d'apparition du palier, la contrainte de traction est supérieure
à la limite d'élasticité. Il en résulte que la bande traitée de cette façon présente un défaut de planéité ainsi que des vermiculures. On calcule que dans ces conditions, la longueur de refroidissement nécessaire pour ramener la bande à une tem-
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Une bande identique, se déplaçant également à une vitesse de
109 m/min., a été soumise à un refroidissement à basse intensité, avec un coefficient d'échange de chaleur moyen de 1,9
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La figure 4 montre les courbes traduisant l'évolution de la densité de flux calorifique en fonction de la température superficielle de la bande, respectivement aux points 0 à 5 de la figure 1. L'écart entre les courbes révèle également une hétérogénéité de refroidissement assez sensible, mais plus <EMI ID=14.1> La figure 5 montre que la différence maximale entre les contraintes de traction et de compression est nettement moins importante qu'à la figure 3. En outre, ces contraintes ne dépassent en aucun point la limite d'élasticité du matériau. Les bandes refroidies à basse intensité ne présentent donc pas de défaut de planéité ni de vermiculures. En revanche, la longueu de refroidissement nécessaire pour atteindre une température inférieure à 170[deg.]C est égale à 1,61 m.
Elle est donc 2,2 fois plus élevée que dans le cas du refroidissement à haute intensité, ce qui entraîne une consommation totale accrue d'agent de refroidissement.
La même bande a enfin été soumise au procédé de refroidissement
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contraintes de traction et de compression dans la bande, en fonction de la température d'interruption de la phase I.
Dans un premier cas, les points de percée des axes des jets de
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droites parallèles à l'axe longitudinal de la bande. Ce cas est illustré par la courbe 1 de la figure 6. Le point P de cette courbe correspond à une interruption de La phase I à
750[deg.]C; le refroidissement se déroule tout entier en phase II
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ture d'interruption est inférieure à 300[deg.]C, on est ramené au cas où le refroidissement est entièrement effectué en phase I;
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reste constante et égale à 78 NI= <2>. Une température intermé-
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Dans une seconde disposition, les jets de la phase II sont décalés transversalement d'un demi-pas par rapport à ceux de la phase I. Ce cas correspond à la courbe 2 de la figure 6. Les
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de moins de 300[deg.]C d'autre part, sont identiques à ceux de la courbe 1. On constate cependant que lorsque la température d'
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Pour réaliser une température d'interruption de 450[deg.]C dans le
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doivent avoir des longueurs respectives de 0,88 m et 0,30 m, soit une longueur totale de 1,18 m.
Le procédé de l'invention permet donc de réduire la durée du refroidissement, dans ce cas de 27 %. et par conséquent la consommation d'agent réfrigérant, par rapport au refroidissement à basse intensité, tout en évitant l'apparition de défauts de planéité et de vermoulures dans les bandes.
Il est possible, par le procédé de l'invention, de réduire encore la longueur, donc la durée du refroidissement sans altérer la qualité de la bande. La courbe 2 donne, pour une tem-
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mais ne nécessite qu'une longueur de 0,53 m (phase I) + 0,47 m
(phase il) - 1 m, pour atteindre une température finale infé-
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leur la plus basse réalisable par un refroidissement à basse intensité (courbe 1) , mais avec une longueur de 1 m au lieu
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REVENDICATIONS.
1. Procédé de refroidissement d'une bande métallique mince en mouvement, par projection d'un agent réfrigérant sur la surface de la bande, caractérisé en ce que le dit refroidissement comporte une phase, dite à basse intensité, au cours de laquelle le coefficient d'échange de chaleur détini à 600[deg.]C
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intensité, au cours de laquelle le coefficient d'échange de
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METALLURGICAL RESEARCH CENTER -
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Nonprofit organization -
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in BRUXELLES, (Belgium).
Method of cooling thin metal strips.
The present invention relates to the forced cooling of
thin metal strips, in particular steel. It relates in particular to the cooling operation practiced in the
continuous heat treatment lines for thin strips.
We know that if the cooling applied is not homogeneous,
the tapes can, in the final state, present serious defects. In this regard, we can cite the lack of flatness, which
manifests when tensions have locally exceeded
yield strength of the material during cooling.
The strips may also have vermiculations, that is to say marks of plastic deformation, which appear when the elastic limit of the material is reached to
a certain temperature of the product and that the characteristic
tensile strength of the material has a plateau at this temperature
<EMI ID = 2.1> In an attempt to prevent the appearance of these two types of defects, various methods have already been proposed using methods for relatively gentle cooling.
A first known method consists in applying cooling by air blowing, for which the coefficient of
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fairly slow cooling, which requires a long duration of application and therefore the use of very long cooling installations. The consumption of compressed air * and the cost of the operation are consequently high.
Another cooling method is known which consists
immersing the thin strip in water maintained at its boiling temperature. In this case, the exchange coefficient of
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lition in film, that is to say when the surface temperature of the product is above 300 [deg.] C. Below this
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quickly and cooling by immersion in boiling water does not always make it possible to obtain a flat strip free of vermiculations. In addition, this cooling is also quite slow and has in this respect the same drawbacks as cooling by air blowing.
The present invention relates to a method making it possible to remedy the drawbacks which have just been mentioned. To this end, the method of the invention ensures intense cooling of the strip, while making it possible to obtain a quality product, having excellent flatness and free from vermiculations.
The process which is the subject of the present invention, in which a thin metal strip is subjected to a seeded cooling by spraying with a cooling agent, is essentially characterized in that said cooling comprises a phase, known as low intensity, during which the
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According to an advantageous implementation of the process of the invention, the cooling phase is first carried out
at low intensity, until the strip has reached a predetermined temperature, and then the cooling phase at high intensity.
Also according to the invention, it has been found advantageous to interrupt the first cooling phase when the surface of the strip has reached a value between 3500C and
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Still according to the invention, it may be advantageous to provide an additional cooling phase, said to be of intermediate intensity, which is preferably situated between the low intensity phase and the high intensity phase.
In the context of the invention, it has been found to be particularly advantageous to cool the strip by means of jets, for example of water, arranged so as to cover the entire surface of the strip. The water may possibly be hot and / or sprayed in the form of a mist.
In this case, it is advantageous to use the same refrigerant in the various cooling phases, the difference in intensity being obtained by adjusting the total flow.
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, performed by modifying either the number of jets of refrigerant
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oneself.
By way of example, an application of the method of the invention will now be described for the cooling in two phases of a thin strip by means of water jets, with reference to the appended figures.
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In FIG. 1, the strip A moving in the direction of the arrow B, is subjected to the action of water jets arranged in staggered rows, of which only the three jets of axis perpendicular to the strip at points C, D and E are shown. We also indicated 5 points, numbered 0, 1, 2, 3, and 4 located at an increasing distance from point C, as well as a point 5 located at equal distance from points C, D and E.
Figures 2 to 5 show the results obtained by a cooling operation, ie only at high intensity
(fig. 2 and 3), or only at low intensity (fig. 4 and 5).
FIG. 2 shows the curves 0 to 5 giving the evolution of the heat flux density as a function of the surface temperature of the strip, corresponding respectively to the points 0 to 5 indicated in FIG. 1. These curves reflect high intensity cooling for which the coeffi-
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These curves are separated from each other, which reveals a significant heterogeneity of the cooling applied.
FIG. 3 shows the evolution of the stresses of thermal origin, superimposed on the traction in the strip.
(20 N / mm <2>), as a function of the surface temperature of the strip, still in the case of high-intensity cooling in FIG. 2. These curves show that it develops in the strip, compressive stresses (line passing through point 0) and tensile stresses (line passing through point 4). It also appears that the maximum difference between the tensile and compressive stresses manifests itself for a temperature of the strip of the order of 300 [deg.] C. This FIG. 3 also shows the evolution of the elastic limit Re of the strip, as a function of its temperature, as well as the point M of the appearance of the bearing in the traction curve.
Examination of these curves shows that in the vicinity of the point of appearance of the bearing, the tensile stress is greater
at the elastic limit. As a result, the strip treated in this way has a flatness defect as well as worms. It is calculated that under these conditions, the cooling length necessary to bring the strip to a temp-
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An identical band, also moving at a speed of
109 m / min., Was subjected to low intensity cooling, with an average heat exchange coefficient of 1.9
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Figure 4 shows the curves showing the evolution of the heat flux density as a function of the surface temperature of the strip, respectively at points 0 to 5 in Figure 1. The difference between the curves also reveals a fairly heterogeneous cooling sensitive, but more <EMI ID = 14.1> Figure 5 shows that the maximum difference between the tensile and compressive stresses is significantly less than in Figure 3. In addition, these stresses at no point exceed the limit d elasticity of the material. The strips cooled at low intensity therefore do not exhibit any defect in flatness or vermiculations. On the other hand, the length of cooling necessary to reach a temperature lower than 170 [deg.] C is equal to 1,61 m.
It is therefore 2.2 times higher than in the case of high intensity cooling, which leads to an increased total consumption of coolant.
The same strip was finally subjected to the cooling process
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tensile and compressive stresses in the strip, as a function of the phase I interruption temperature.
In a first case, the points of piercing of the axes of the jets of
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straight lines parallel to the longitudinal axis of the strip. This case is illustrated by curve 1 in FIG. 6. The point P of this curve corresponds to an interruption of phase I at
750 [deg.] C; cooling takes place entirely in phase II
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interruption ture is less than 300 [deg.] C, we are brought back to the case where the cooling is entirely carried out in phase I;
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remains constant and equal to 78 NI = <2>. Intermediate temperature
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In a second arrangement, the jets of phase II are offset transversely by half a step with respect to those of phase I. This case corresponds to curve 2 of FIG. 6. The
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of less than 300 [deg.] C on the other hand, are identical to those of curve 1. We note however that when the temperature of
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To achieve an interruption temperature of 450 [deg.] C in the
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must have respective lengths of 0.88 m and 0.30 m, for a total length of 1.18 m.
The method of the invention therefore makes it possible to reduce the cooling time, in this case by 27%. and therefore the consumption of coolant, compared to low intensity cooling, while avoiding the appearance of flatness defects and worms in the strips.
It is possible, by the method of the invention, to further reduce the length, and therefore the duration of the cooling, without affecting the quality of the strip. Curve 2 gives, for a time-
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but only requires a length of 0.53 m (phase I) + 0.47 m
(phase II) - 1 m, to reach a lower final temperature
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their lowest achievable by low intensity cooling (curve 1), but with a length of 1 m instead
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CLAIMS.
1. A method of cooling a thin metal strip in motion, by spraying a cooling agent on the surface of the strip, characterized in that said cooling comprises a phase, known as low intensity, during which the coefficient heat exchange defined at 600 [deg.] C
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intensity, during which the exchange coefficient of
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