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CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUESCENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE, Association sans but lucratif Vereniging zonder winstoogmerk ä BRUXELLES, (Belgique).
Procédé et dispositif pour améliorer le refroidissement d'un produit métallique long en défilement.
La présente invention concerne un procédé pour améliorer le refroidissement d'un produit métallique long en defilement, tel qu'une barre d'acier sortant d'un laminoir ä chaud.
En règle générale, un produit long-sortant d'un laminoir ä chaud se trouve ä une température élevée, par exemple de l'ordre de 950 C ä llOOC, et il convient d'en assurer le refroidissement. Cette opération de refroidissement peut notamment faire partie d'un traitement thermique, comme c'est le cas en particulier dans le procédé de trempe et d'auto-revenu développé antérieurement par le présent demandeur.
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Dans La pl'-par das cas, 2 nomenc Lcrsque La refrcidisse- ment fait partie d'un traitement thermique, il est important que le produit subisse un refroidissement identique dans cha-
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que section, c'est-à-dire sur l'intégralité de sa longueur.
Pour assurer ce type de refroidissement, on utilise frequem- ment, ä l'heure actuelle, des installations comprenant plu- sieurs unités tubulaires successives, dans lesquelles circu- lent, généralement dans le même sens, le liquide de refroidis- sement et le produit ä refroidir. Cette disposition a été adop- tée pour assurer le contact du produit le plus chaud avec le liquide de refroidissement le plus frais et atteindre ainsi une intensité de refroidissement maximale, au moins ä l'entrée de chaque unite.
On a cependant constaté récemment que la tete du produit, c' est-à-dire la portion initiale du produit qui pénètre en premier dans l'installation de refroidissement, présentait quelquefois une dureté et une résistance inférieures ä celles du reste du produit. Cette différence peut même âtre telle qu' elle entraine la mise au rebut de cette portion initiale du produit et, par conséquent, une diminution de la productivité de l'installation de refroidissement. Bien que la cause de cet- te variation, parfois importante, des propriétés ne soit pas encore formellement établie, il semble qu'elle soit due ä une intensité de refroidissement insuffisante dans cette portion du produit.
La présente invention porte précisément sur un procédé pour améliorer le refroidissement d'un produit métallique long dans une installation du type précité, de façon ä remédier ä l'in- convenient qui vient d'être mentionné.
A cet effet, le procédé qui fait l'objet de la présente inven- tion, pour améliorer le refroidissement d'un produit métallique
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Long en défilement, dans lequel le cit produit traverse au moins une unité tubulaire de refroidissement, est essentiellsment caractérisé en ce que l'on forme un écran de liquide de 1 J I
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refroidissement à l'entrée de la dite unité tubulaire, de fa- çon ä empêcher la pénétration d'air dans cette dernière, en ce que l'on fait passer le produit métallique ä travers le dit écran de liquide pour l'introduire dans l'unité de refroidis- sement précitée et en ce que l'on assure l'écoulement d'au moins une partie du liquide de'refroidissement constituant le dit écran en sens contraire au sens de défilement du produit métallique.
Selon une première modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on forme le dit écran de liquide au moyen d'une pluralité de jets de liquide de refroidissement, dirigés de préférence vers l'axe longitudinal de l'unité de refroidisse- ment, les dits jets étant inclinés par rapport ä cet axe dans le sens contraire au sens de défilement du produit métallique.
Selon une autre modalité, particulièrement intéressante, de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on equipe la dite unité de refroidissement d'un sas d'entree, auquel on la re- lie de façon étanche ä l'air, on alimente en permanence le dit sas d'entrée en liquide de refroidissement, on assure l'écou- lement d'au moins une partie du liquide de refroidissement, contenu dans le sas, à contre-courant du produit, ä travers l'orifice d'entrée du produit dans le sas, et on règle le débit d'alimentation du liquide de refroidissement de telle fa- çon que le dit sas soit en permanence rempli de liquide.
La présente invention porte également sur un dispositif per- mettant de mettre en oeuvre le procédé qui vient d'être décrit
Le dispositif qui fait l'objet de la présente invention, pour améliorer le refroidissement d'un produit métallique long en defilement dans une installation comprenant au moins une unité
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tubulaire de rafroidissement, est assentiallamsnt caracarise en ce qu'il comporte des moyens pour former un écran permanent
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de liquide de refroidissement ä l'entrée de la dite unité tubulaire, ainsi que des moyens pour assurer l'écoulement d'au moins une partie du liquide de refroidissement constituant le dit écran en sens contraire au sens de défilement du produit métallique.
Selon un premier mode de réalisation, le dispositif de l'invention se compose d'une pluralité de conduits de projection de liquide de refroidissement, répartis de préférence uniformement autour du produit métallique ä refroidir et orientés vers l'axe longitudinal de la dite unité tubulaire dans le sens contraire au sens de défilement du dit produit.
Selon une variante de ce mode de réalisation, les conduits peuvent être ménagés dans la portion d'entrée'de la dite unité tubulaire.
Selon une autre variante de ce mode de réalisation, les conduits peuvent etre montés sur une couronne creuse transversale entourant le produit ä refroidir, disposée en amont de l'entree de l'unité tubulaire ä laquelle elle est reliée de façon étanche ä l'air.
Dans ce cas, les conduits peuvent etre simplement des orifices percés dans la couronne creuse et orientés de façon ä donner aux jets de liquide de refroidissement la direction désirée.
Selon un autre mode de réalisation, particulièrement intéressant, la dispositif de 11 invention comporte un sas d'entrée disposé en amont de la dite unité tubulaire et relié ä celleci de façon étanche ä l'air, des moyens d'aLimentation du dit sas en liquide de refroidissement, des moyens pour assurer l' écoulement d', au moins une partie du liquide de refroidisse-
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ment con'canu dans Le sas a conre-courant cu produit, ä
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travers l'orifice d'entrée du produit dans le dit sas.
Le sas d'entrée conforme ä l'invention présente avantageusement une symétrie axiale et il est disposé de telle façon que son axe de symétrie coincide avec l'axe longitudinal de l'unité tubulaire ä laquelle il est adapté.
Selon l'invention, les dits moyens d'alimentation en liquide de refroidissement sont constitués par au moins une ouverture percée dans la paroi latérale du dit sas et reliée par une canalisation appropriée ä une source de liquide de refroidissement.
En particulier, les dits moyens d'alimentation en liquide de refroidissement comprennent plusieurs ouvertures percées dans la paroi latérale du dit sas et uniformément réparties sur sa périphérie, chacune de ces ouvertures étant reliées par une canalisation appropriée ä une source de liquide de refroidissement.
Egalement selon l'invention, le diamètre de l'orifice de sortie du sas est au moins égal au diamètre intérieur de la dite unité tubulaire.
Toujours selon l'invention, le diamètre de l'orifice d'entrée du sas est au maximum égal au diamètre intérieur de la dite
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unité tubulaire.
Selon encore une autre caractéristique intéressante du dispositif de l'invention, le dit orifice d'entre du sas est pourvu d'un embout cylindrique coaxial s'etendant au moins en partie à l'exlérieur du c sas an présencant une entrée en formedeconvergent.
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Le diamètre interieur de cet embout cylindrique est au maximum egal au diamètre intérieur de la dite unité tubulaire.
Encore selon l'invention, le dit dispositif est pourvu de moy- ens permettant de vérifier que le sas est effectivement entiè- rement rempli de liquide de refroidissement. Ces moyens sont avantageusement constitués par un tube de faible diamètre, par exemple un tube métallique souple, dont une extrémité est rac- cordée à la partie supérieure du sas et dont l'autre extrémité, laissée libre, est maintenue ä un niveau supérieur au point le plus haut du dit sas d'entrée.
La figure annexée illustre schématiquement une forme de réali- sation préférée d'un dispositif conforme ä l'invention.
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Une barre 1, circulant ä grande vitesse dans le sens de la flue- che 2, traverse une installation de refroidissement constituée, de façon connue en soi, de plusieurs unités tubulaires succes- sives telles que 3. Ces unités tubulaires présentent un diametre intérieur i adapté au diamètre des barres ä refroidir.
A titre de simple exemple, on a représenté une unité tubulaire 3 alimentée en liquide de refroidissement par une fente annulaire 6i cette fente 6, ménagée entre 11unité 3 proprement dite et une tete 4, est elle-meme alimentée ä partir d'une source 5 de liquide de refroidissement. De fagon également connue en soi, la tête 4 présente un chanfrein 7 destiné ä faciliter l'introduction de la barre 1.
Conformément ä la présente invention, cette unité tubulaire 3 connue est équipée d'un sas 8 dispose en amont de la tete 4 et de preference appliqué de façon étanche contre la face d'entree de celle-ci. Ear raison de symétrie, le sas 8 présente de preference une section cransversale circulaire, et il est centré sur l'axe longitudinal de l'unite tubulaira 3. Dans le
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mode de réalisation illustré par la figure, le sas 8 est pour--
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vu de deux conduites d'alimentation 9,10, diamétralement opposées et raccordées ä une source appropriée de liquide de refroidissement.
Les faces amont et aval du sas 8 sont percées d'un orifice. respectivement d'entree 11 et de sortie 12 de la barre, qui sont centrés sur l'axe longitudinal du sas 8. L'orifice d'entrée 11 est garni d'un embout cylindrique 13 s'éten- dant en majeure partie à l'extérieur du sas 8 et présentant une entrée 14 en forme de convergent. Le diamètre intérieur de l'embout cylindrique 13 est égal ou inférieur au diamètre intérieur zo de l'unité tubulaire 3, de façon ä créer une perte de charge et ainsi opposer une résistance appropriée ä l'écoulement du liquide de refroidissement.
Enfin, le sas 8 est équipé d'un tuyau 15, de faible diamètre, relié ä un point haut du sas 8, qui est destiné ä surveiller le remplissage du sas 8.
Le dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante.
On alimente le sas 8 en liquide de refroidissement, par les conduites 9, 10. Le liquide de refroidissement s'écoule du sas 8 par les orifices d'entrée 11 et de sortie 12, ainsi que par le tuyau 15. On règle le débit d'alimentation, de telle façon que le sas soit en permanence rempli de liquide de refroidissement, ce que l'on vérifie par la présence d'un écoulement au tuyau 15. On introduit alors la barre 1, provenant d'un laminoir (non représenté) et se déplaçant dans le sens de la flue- che 2, dans l'embout 14,13 parcouru, ä contre-courant, par le liquide de refroidissement s'échappant du sas 8.
La barre 1 traverse ainsi successivement le sas 8 rempli de liquide de refroidissement provenant des conduites 9,10, puis la tête 4
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et l'unité tubui ire 3 qui sont remplis cu liquide de refroi.dissemen rourni par la fene annulaire 6.
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L'écoulement de liquide de refroidissement'a travers l'embout 13,14, ä contre-courant par rapport au sens de défilement de la barre 1, empeche toute entrée d'air entrain par la'barre.
En outre, le raccordement étanche ä l'air entre le 8 et la tête 4 assure qu'il ne se produit aucune pénétration d'air en cet endroit, il faut noter que cette étanchéité ä l'air entre la - tete 4-et le sas. 8 ne doit pas nécessairement être absolue, mais qu'elle peut être assurée par un faible courant de fuite de liquide de refroidissement, en raison de la pression régnant ä l'intérieur de la tete 4 et du sas 8.
La barre 1 est donc en contact, des son extreme pointe, avec le liquide de refroidissement et non avec un mélange de liquide et d'air entraîné, ce qui assure le refroidissement désiré sur toute la longueur de la barre.
Il ne sortirait évidemment pas du cadre de l'invention d'équi- per d'un dispositif tel qu'un sas 8, toutes les unités tubulaires telles que 3 d'une installation de refroidissement de pro- -duits longs en défilement, ou seulement une partie de celles-
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ci.
De meme, il va de soi que l'emploi du dispositif de l'invention n'est pas limité à une unité tubulaire du type représenté, ä titre d'exemple, dans la figure annexée, mais qu'il s'étend également ä tout autre type d'unité tubulaire, par exemple aux unités comprenant deux tubes coaxiaux dont le tube intérieur est percé d'orifices permettant l'arrosage de la barre.
Enfin, la présente invention couvre également toute installation comprenant plusieurs unités tubulaires successives de re-
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froidissemenc, dans laquelle au moins une des dices unites tnhuLaiesasequipeec'undes isposiifsdecrisdansLapr sente demande de brevet.
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CENTRUM METALLURGICAL RESEARCH CENTER VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE, non-profit association Vereniging zonder winstoogmerk in BRUSSELS, (Belgium).
Method and device for improving the cooling of a long metallic product while traveling.
The present invention relates to a method for improving the cooling of a long moving metal product, such as a steel bar emerging from a hot rolling mill.
As a general rule, a long product leaving a hot rolling mill is at a high temperature, for example of the order of 950 ° C. to 10 ° C., and it is advisable to ensure its cooling. This cooling operation can in particular be part of a heat treatment, as is the case in particular in the quenching and self-tempering process developed previously by the present applicant.
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In La pl'-par das cases, 2 nomenc Lcrsque The cooling is part of a heat treatment, it is important that the product undergoes identical cooling in each
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that section, that is to say over its entire length.
To assure this type of cooling, installations comprising several successive tubular units are frequently used today, in which the coolant and the product circulate, generally in the same direction. to cool. This arrangement has been adopted to ensure the contact of the hottest product with the coolest coolant and thus reach a maximum cooling intensity, at least at the inlet of each unit.
However, it has recently been found that the head of the product, that is to say the initial portion of the product which first enters the cooling installation, sometimes exhibits a lower hardness and resistance than that of the rest of the product. This difference may even be such that it results in the scrapping of this initial portion of the product and, consequently, a reduction in the productivity of the cooling installation. Although the cause of this sometimes important variation in properties has not yet been formally established, it seems that it is due to an insufficient cooling intensity in this portion of the product.
The present invention relates specifically to a method for improving the cooling of a long metal product in an installation of the aforementioned type, so as to remedy the inconvenience which has just been mentioned.
To this end, the process which is the subject of the present invention, for improving the cooling of a metallic product
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Long scrolling, in which the product cit passes through at least one tubular cooling unit, is essentially characterized in that a liquid screen of 1 J I is formed
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cooling at the inlet of said tubular unit, so as to prevent the penetration of air into the latter, by passing the metallic product through said liquid screen to introduce it into the The above-mentioned cooling unit and in that it ensures the flow of at least part of the cooling liquid constituting said screen in the opposite direction to the direction of travel of the metal product.
According to a first embodiment of the method of the invention, the said liquid screen is formed by means of a plurality of jets of coolant, preferably directed towards the longitudinal axis of the cooling unit. ment, said jets being inclined relative to this axis in the opposite direction to the direction of travel of the metal product.
According to another modality, particularly advantageous, of implementing the method of the invention, the said cooling unit is fitted with an airlock, to which it is connected in an airtight manner, it is supplied said airlock airlock at all times, at least part of the coolant contained in the airlock is flowed against the product through the orifice entry of the product into the airlock, and the supply flow rate of the coolant is adjusted so that said airlock is permanently filled with liquid.
The present invention also relates to a device making it possible to implement the method which has just been described.
The device which is the subject of the present invention, for improving the cooling of a long metallic product in movement in an installation comprising at least one unit
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tubular cooling, is assentiallamsnt characarise in that it comprises means for forming a permanent screen
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coolant at the inlet of said tubular unit, as well as means for ensuring the flow of at least part of the coolant constituting said screen in the opposite direction to the direction of travel of the metal product.
According to a first embodiment, the device of the invention consists of a plurality of cooling liquid spraying conduits, preferably distributed uniformly around the metal product to be cooled and oriented towards the longitudinal axis of said tubular unit in the opposite direction to the direction of travel of said product.
According to a variant of this embodiment, the conduits can be formed in the inlet portion of said tubular unit.
According to another variant of this embodiment, the conduits can be mounted on a transverse hollow ring surrounding the product to be cooled, arranged upstream of the inlet of the tubular unit to which it is connected in an airtight manner .
In this case, the conduits can be simply orifices drilled in the hollow crown and oriented so as to give the jets of coolant the desired direction.
According to another particularly advantageous embodiment, the device of the invention comprises an entry airlock arranged upstream of said tubular unit and connected thereto in an airtight manner, means for supplying said airlock coolant, means for ensuring the flow of at least part of the coolant
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ment con'canu in The airlock against the current cu produced, ä
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through the inlet of the product in the said airlock.
The airlock according to the invention advantageously has an axial symmetry and is arranged in such a way that its axis of symmetry coincides with the longitudinal axis of the tubular unit to which it is adapted.
According to the invention, said means for supplying coolant consist of at least one opening pierced in the side wall of said airlock and connected by a suitable pipe to a source of coolant.
In particular, said means for supplying coolant comprise several openings drilled in the side wall of said airlock and uniformly distributed around its periphery, each of these openings being connected by a suitable pipe to a source of coolant.
Also according to the invention, the diameter of the airlock outlet orifice is at least equal to the inside diameter of said tubular unit.
Still according to the invention, the diameter of the airlock inlet orifice is at most equal to the inside diameter of the said
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tubular unit.
According to yet another advantageous characteristic of the device of the invention, the said entry orifice of the airlock is provided with a coaxial cylindrical endpiece extending at least in part outside the airlock, presenting an entry in the form of converging.
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The inside diameter of this cylindrical end piece is at most equal to the inside diameter of said tubular unit.
Still according to the invention, said device is provided with means making it possible to verify that the airlock is actually fully filled with coolant. These means are advantageously constituted by a tube of small diameter, for example a flexible metal tube, one end of which is connected to the upper part of the airlock and the other end of which, left free, is maintained at a level above the point the highest of the said airlock.
The appended figure schematically illustrates a preferred embodiment of a device according to the invention.
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A bar 1, traveling at high speed in the direction of the arrow 2, passes through a cooling installation constituted, in a manner known per se, of several successive tubular units such as 3. These tubular units have an internal diameter i adapted to the diameter of the bars to be cooled.
As a simple example, there is shown a tubular unit 3 supplied with coolant by an annular slot 6i this slot 6, formed between the unit 3 proper and a head 4, is itself supplied from a source 5 coolant. Also known per se, the head 4 has a chamfer 7 intended to facilitate the introduction of the bar 1.
In accordance with the present invention, this known tubular unit 3 is equipped with an airlock 8 located upstream of the head 4 and preferably applied in leaktight manner against the entry face thereof. Ear of symmetry, the airlock 8 preferably has a circular cransversal section, and it is centered on the longitudinal axis of the tubular unit 3. In the
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embodiment illustrated in the figure, the airlock 8 is for--
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seen from two supply lines 9,10, diametrically opposite and connected to an appropriate source of coolant.
The upstream and downstream faces of the airlock 8 are pierced with an orifice. entry 11 and exit 12 respectively of the bar, which are centered on the longitudinal axis of the airlock 8. The entry orifice 11 is furnished with a cylindrical end piece 13 extending mainly to the exterior of the airlock 8 and having an inlet 14 in the form of a convergent. The inside diameter of the cylindrical end piece 13 is equal to or less than the inside diameter zo of the tubular unit 3, so as to create a pressure drop and thus provide appropriate resistance to the flow of the coolant.
Finally, the airlock 8 is equipped with a pipe 15, of small diameter, connected to a high point of the airlock 8, which is intended to monitor the filling of the airlock 8.
The device of the invention operates as follows.
The airlock 8 is supplied with coolant, via the lines 9, 10. The coolant flows from the airlock 8 through the inlet 11 and outlet 12 orifices, as well as through the pipe 15. The flow rate is adjusted supply, so that the airlock is permanently filled with coolant, which is verified by the presence of a flow in the pipe 15. The bar 1 is then introduced, coming from a rolling mill (not shown) and moving in the direction of the arrow 2, in the nozzle 14, 13 traversed, in counter-current, by the coolant escaping from the airlock 8.
The bar 1 thus passes successively through the airlock 8 filled with coolant coming from the pipes 9,10, then the head 4
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and the tubular unit 3 which are filled with cooling liquid returned by the annular window 6.
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The flow of coolant through the nozzle 13, 14, against the current with respect to the direction of travel of the bar 1, prevents any entry of air entrained by the bar.
In addition, the airtight connection between the 8 and the head 4 ensures that no air penetration takes place there, it should be noted that this airtightness between the - head 4 and aces. 8 does not necessarily have to be absolute, but that it can be ensured by a small leakage current of coolant, due to the pressure prevailing inside the head 4 and the airlock 8.
The bar 1 is therefore in contact, from its extreme point, with the coolant and not with a mixture of liquid and entrained air, which ensures the desired cooling over the entire length of the bar.
It would obviously not go beyond the scope of the invention to provide a device such as an airlock 8, all the tubular units such as 3 of an installation for cooling long products in movement, or only part of them
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this.
Likewise, it goes without saying that the use of the device of the invention is not limited to a tubular unit of the type shown, for example, in the appended figure, but that it also extends to any other type of tubular unit, for example units comprising two coaxial tubes, the inner tube of which is pierced with orifices allowing the bar to be watered.
Finally, the present invention also covers any installation comprising several successive tubular units for
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cooling, in which at least one of the dice unit tnhuLaiesasequipeec'undes isposiifsdiscransdLaLa sente patent application.