CA2444399C

CA2444399C - Procede pour ameliorer la qualite metallurgique de produits traites dans un four

Info

Publication number: CA2444399C
Application number: CA2444399A
Authority: CA
Inventors: Savine Bockel-Macal; Olivier Delabroy; Olivier Louedin; Christel Champinot
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2001-04-26
Filing date: 2002-04-19
Publication date: 2010-08-24
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: ATE291101T1; DE60203280T2; ES2240752T3; DE60203280D1; EP1386012B1; CA2444399A1; US6955730B2; CN1505687A; US20040140024A1; EP1386012A1; WO2002088402A1

Abstract

L'invention concerne la modification du profil thermique suivi par un produit lors de son traitement, notamment dans un four de réchauffage. Selon l'invention, on diminue le temps de traitement des produits, tout en augmentant la puissance de chauffe disponible, ce qui permet de réduire d'une part l'épaisseur de la couche décarburée et/ou d'autre part, l'épaisseur de la couche de calamine, diminuant ainsi les pertes au feu.

Description

2 PCT/FR02/01361 « Procédé pour améliorer la dualité métallurgique de produits traités dans un four »
L'invention concerne un procédé pour améliorer la qualité
métallurgique de produits traités dans un four et notamment un four de réchauffage. Cette invention s'applique à tout type de produit mais plus particulièrement aux produits traités dans un four de réchauffage tel que, par exemple, des billettes, des ébauches ou des brames ou tout autre matériau utilisé par les sidérurgistes dans leur ligne de production (telles que les tôles, les tubes, etc .). L'invention se rapporte plus particulièrement à un procédé
de traitement d'un produit métallurgique dans un four, dans lequel le produit à
traiter est introduit dans le four, puis soumis au traitement souhaité, puis retiré
du four, le four comportant des moyens de chauffage et notamment des brûleurs permettant de porter à une température variable les diffërentes zones du four, l'atmosphère dans ces différentes zones pouvant avoir une composition identique ou différente selon les zones considérées dudit four.
L'environnement d'un acier (ou tout autre produit, notamment un produit métallique ou sidérurgique), lorsqu'il est porté à une température élevée lors d'un traitement thermique, est souvent une atmosphère oxydante vis-à-vis du métal. Cette situation peut conduire, d'une part, à l'oxydation du métal avec formation d'une couche superficielle de calamine et, d'autre part, à
une décarburation de l'acier avec création d'un gradient de teneur en carbone au voisinage de la surface de la pièce.
La zone altérée à la surface de ces pièces se compose essentiellement de deux parties (voir Fig 1 ), l'une située du côté de l'atmosphère (calamine supérieure), et l'autre au voisinage du métal ( zone mixte).
La parue supérieure comporte généralement trois couches compactes d'oxydes : une couche d'oxydes Fe203 (hématite), très mince (quelques microns d'épaisseur), une couche de magnétite (Fe304) (4% de la calamine totale environ) et une couche d'oxyde épaisse Fe0 (wustite) (95% de la calamine totale environ) plus ou moins poreuse selon la durée et la température du réchauffage.
La croissance de cette calamine, qui adopte une allure parabolique, est contrôlée par la diffusion des ions Fe2+ dans la wustite et la magnétite, et par la diffusion de l'oxygène 02 dans l'hématite.
La partie inférieure, zone mixte, est plus ou moins grande selon la nature de l'acier. Elle est située à l'interface mëtallcalamine, constituée d'un mélange Fe0 et des produits de réaction de Fe0 avec les oxydes de certains éléments d'alliage. Cette partie inférieure comporte également une zone de métal altérée par divers phénomènes comme la décarburation ou l'oxydation interne. La décarburation est un phénomène de diffusion à l'état solide du carbone qui réagit avec la calamine Fe0 (et/ou H20). La perméabilité de la calamine industrielle aux produits gazeux de l'oxydation du carbone (notamment le CO) rend cette oxydation pratiquement immédiate à la surface du métal. La décarburation est donc limitée par la diffusion du carbone à la température du traitement et est favorisée par l'aptitude des gaz formés (CO) à s'échapper de l'interface calamine-acier.
Selon le profil thermique imposé et la composition de l'atmosphère (notamment la teneur en 02, H20, C02), les produits sidérurgiques peuvent être oxydés (calamine) et décarburés (et ce d'autânt plus pour les aciers à
haut carbone). Dans les deux cas, le sidérurgiste devra faire subir à ses pièces une opération supplëmentaire visant à s'affranchir de ces défauts de surface. Alors que la couche d'oxyde peut être enlevée par différentes techniques de décalaminage, la couche de décarburation, qui fait partie intégrante de la pièce, ne peut pas être aisément « gommée » : la surface du produit est démunie d'une partie de ses atomes de carbone, ce qui engendre une perte des propriétés mécaniques en surface du produit (longévité, dureté ...).
L'oxydation ou la décarburation de l'acier en four de réchauffage entraîne ainsi une perte de matière première qu'on appelle perte au feu et

3 une dégradation des propriétés de surface de produits qui sont préjudiciables au sidérurgiste.
Une contrainte importante qui va également influencer la qualité finale du produit à l'issue du procédé de réchauffage est la température finale du produit et de son homogénéité thermique, et ce quel que soit l'historique de la chauffe ayant eu lieu dans le four (temps passé à certains niveaux de température, ralentissement de la cadence suite à un incident laminoir etc...),. Tout défaut d'homogénéité thermique entraînera des défauts de structure et a posteriori des fragilités mécaniques des produits finis. Ces ,10 défauts peuvent également provoquer des arrêts voire des casses de certaines parties du laminoir (notamment des cages de laminoir).
Toute optimisation de la qualité métallurgique du produit devra respecter cette contrainte sur l'homogénéité thermique du produit. Lors de la conduite du four par l'opérateur, le contrôle et le respect de la montée en température du produit vont ëtre déterminant pour assurer au final le respect de la contrainte sur l'homogénéité thermique.
II est connu de l'homme de métier que pour éviter la décarburation et l'oxydation, il est recommandé de travailler sous atmosphère protectrice par combustion sous-stoechiométrique (mélange riche en combustible engendrant une atmosphère neutre, voire réductrice pour l'acier). Cette méthode est mise en oeuvre dans les procédés de galvanisation ( voir par exemple Galvanisation et aluminiage en continu, E. Buscarlet, Technique de l'ingénieur, 7996).
II est également connu de US-A-4,415,415 de traiter les produits dans ~5 une atmosphère contenant au moins 3% d'oxygène en volume, et ce sur toute la longueur du four, ce qui entraîne inexorablement la formation de calamine mais qui permet de contrôler la qualité de calamine qui devient dans ces conditions non adhérente et qui s' élimine facilement.
Le brevet EP-A-0767353 propose également d'intervenir sur l'atmosphère du four en pratiquant un zonage du four, c'est à dire en isolant

4 le four en plusieurs enceintes au sein desquelles une atmosphère fortement oxydante est préconisée afin de pouvoir contrôler formation et qualité de la calamine. Dans ce cas, la perte au feu n'est pas diminuée mais au contraire augmentée, seul un contrôle de la qualité de calamine est assuré.
Les différentes méthodes connues de l'art antérieur suggèrent donc de traiter les produits soit dans une atmosphère oxydante, soit dans une atmosphère réductrice.
La mise en oeuvre de ces différentes méthodes présente en outre un inconvénient supplémentaire pour le traitement de produits sidérurgiques. En effet, il est important de pouvoir mesurer le caractère oxydant ou réducteur des atmosphères mises en jeu. La seule information disponible lors de la mise en oeuvre de ces procédés est fournie par des sondes de mesure situées, soit dans la voûte c'est à dire loin de la surface des produits, soit dans la cheminée du four. Ces mesures ne sont donc pas représentatives de la composition de l'atmosphère qui interagit directement avec le produit. En général, le seul paramètre mesurable de l'atmosphère est la teneur en oxygène. Cette information est gënéralement insuffisante : en effet, ce n'est pas parce que la quantité d'oxygène dans les fumées qui sortent du four est nulle que l'atmosphère du four au contact des pièces métalliques est 2o nécessairement réductrice pour l'acier (voir par exemple, Combustion Engineering and Gas Utilisation, Ed. British Gas, '1992, page 23). Les espèces H20 et C02 ont aussi selon la Demanderesse un rôle d'oxydant sur la charge et interviennent dans les réactions de formation de calamine et dans les mécanismes de décarburation. A l'heure actuelle, on ne sait pas mesurer ces espèces de façon simple et rapide.
Pour effectuer la conduite du four et respecter la contrainte finale de l'homogénëité thermique du produit, l'opérateur suit un profil initial de température du produit donné pour un four donné, en fonction du type de charge et de production. Ce profil est soit connu de l'opérateur grâce à son savoir faire, soit calculé à partir d'abaques, soit encore calculé à l'aide d'un logiciel adapté.

Les seules informations disponibles pour l'opérateur et/ou les logiciels de conduite de four, sont les mesures délivrées par un ou plusieurs thermocouples situés dans la voûte du four. Ces thermocouples sont disposés loin de la charge et ne sont pas représentatifs du flux thermique

5 reçu par la charge, sous tes brüleurs. Une estimation de la relation reliant la température de voüte (mesurée) et la température de la charge (information utile) est donc nécessaire. Cette relation est soit empirique (basé sur le savoir faire des opérateurs) soit calculée par les logiciels de conduite de four.
Non seulement, cette mesure n'est qu'une mesure indirecte de l'information nécessaire, mais la relation estimée peut se révéler de plus en plus inexacte lors du vieillissement du four, des caractéristiques thermiques des différentes charges et de la variation du type de combustible utilisé.
Enfin, cette mesure est une mesure ponctuelle habituellement située sur l'axe du four et qui ne rend pas compte des éventuelles variations dudit paramètre sur toute la largeur du four.
Le fait de ne pas disposer de mesures au plus près du produit a pour conséquence une connaissance inexacte des temps caractéristiques du processus de chauffe de ces produits . Or on a constaté que ces caractéristiques avaient une forte influence sur les cinétiques d'oxydation et de décarburation de ceux-ci, une estimation incorrecte de ces temps pouvant avoir des conséquences graves sur la qualité finale métallurgique du produit.
Le but de la présente invention est de fournir un procédé de conduite d'un four (température, composition de l'atmosphère) et un procédé de contrôle associé, permettant d'optimiser à la fois la qualité métallurgique d'un produit, la perte au feu et le rendement thermique d'un four Le procédé selon l'invention permet d'éviter les inconvénients précités et de remplir le but visé ci-dessus.

6 Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le produit à
traiter a une température qui augmente entre le moment où il est introduit et le moment où il est retiré du four, la courbe de montée en température ayant une pente qui augmente dans un premier intervalle de temps compris entre l'instant to d'introduction du produit dans le four et l'instant t1 auquel le produït atteint une température de surface de 650°C, une pente sensiblement constante entre l'instant t1 et l'instant t2 auquel le produit atteint une température d'environ 15 % inférieure à la température de surface finale souhaitée pour le produit à traiter lorsqu'il sort du four, puis une pente qui diminue entre l'instant t2 et l'instant t3 auquel le produit à traiter sort du four, procédé dans lequel on augmente la puissance de chauffe du four par rapport à sa puissance lorsque seuls des brûleurs aéro-combustibles sont utilisés de manière à augmenter la pente de la courbe de montée en température du produit à traiter, au moins pendant certaines périodes de traitement du produit dans le four entre les instants t1 et t2, ce qui engendre une diminution de la durée du traitement du produit à traiter et une diminution corrélative de l'épaisseur de la couche décarburée et/ou de la couche de calamine formée à
la surface du produit.
De préférence, l'augmentation de la puissance de chauffe du four est obtenue à l'aide de brûleurs oxy-combustibles qui constituent au moins une partie des moyens de chauffe du four, notamment une partie des moyens de chauffe du four correspondant à la zone atteinte par le produit entre les instants t~ et t2. II est possible également de placer ce ou ces brûleurs) oxy-combustible(s) dans une zone adjacente à la zone susnommée, qui permettrait indirectement d'obtenir la même augmentation de puissance (dans ladite zone atteinte entre les instants t1 et t2, par le produit).
D'une manière générale, le comburant fourni aux brûleurs oxy-combustibles constituant une partie au moins des moyens de chauffe du four, comporte au moins 88 % d'oxygène et de préférence plus de 90 d'oxygène, encore plus préférentiellement plus de 95 % d'oxygène.

7 On constate en général que le temps de traitement du produit entre les températures de 700°C et de 800°C atteintes pour la surface du produit, est diminué de 15% à 50% de sa valeur de référence, de préférence de 20 à 35%
de sa valeur, tandis que le temps de traitement entre les températures de 700°C et la température finale de la surface du produit, est diminué
entre 3 et 25% de sa valeur de référence, de préférence entre 7 et 15% de sa valeur de référence.
De manière préférentielle selon l'invention, utilisée seule ou en combinaison avec les autres variantes de l'invention, l'atmosphère du four 1o varie le long du four en fonction de la température de peau du produit métallique.
Selon une première variante de l'invention, utilisée seule ou en combinaison avec les autres variantes de l'invention, l'atmosphère du four au contact du produit à traiter comporte environ 0,5 % vol à 5 % d'oxygène et de préférence entre 1,5 vol à 4 % vol d'oxygène quand la température de peau T
à la surface du produit traitë est supérieure ou égale à la température d'égalisation Tegai, qui est égale à 85 % de la température à la surface du produit (température de défournement) à la sortie du four. De préférence, la température d'égalisation Te9ai est égale à 90 % de la température de défournement.
Selon une autre variante de l'invention, utilisée seule ou en combinaison avec les précédentes, l'atmosphère au contact du produit à
traiter comporte une concentration en oxygène inférieure à quelques centaines de ppm et une concentration en CO comprise entre 0,1 % et 15 %, de préférence 0,5 % à 5 % vol lorsque la température de peau T à la surface du produit est supérieure à 700°C et inférieure à la température d'égalisation du produit, définie comme étant égale à 90 % de la température de peau du produit à la sortie du four.
Selon encore une autre variante de l'invention utilisée seule ou en combinaison avec les précédentes, l'atmosphère au contact du produit à

8 traiter comporte une concentration en oxygène comprise entre 0,5 % et 4 vol et de préférence entre 2 % et 3 % vol lorsque la température de peau T à
la surface du produit à traiter est inférieure à 700 ° C
L'invention permet une optimisation de la qualité métallurgique des produits grâce à l'optimisation du profil de chauffe dans le four et un contrôle amélioré du profil de la composition de l'atmosphère du four. Ce contrôle suit de manière continue les teneurs en 02 et/ou H20 et/ou C02 de l'atmosphère dans les différentes zones du four, et/ou la température à la surface des produits à traiter, sera réalisé préférentiellement à l'aide d'une diode laser .
Ce système de diode laser appelé TDL pour « Tunable Diode Laser » en anglais) permet en effet de mesurer la moyenne des concentrations d'espèces gazeuses sur la longueur du chemin optique du faisceau laser.
Pour plus de détails sur les diode laser et en particulier les diode laser de type TDL, on pourra se reporter à l'article de Mark G. Allen intitulé « Diode Laser Absorption Sensors for Gas Dynamic and Combustion Flows », Mes. Sci.
Technology, 9, 1998, pages 545 à 562, et incorporé dans le présent texte à
titre de référence. D'une manière générale, ces diodes laser sont des sources de rayonnement laser dont certaines opèrent à température ambiante alors que d'autres doivent être refroidies. Le faisceau laser émis est en générale ajustable dans un domaine de longueur d'ondes en faisant variér le courant d'injection dans la source laser. II suffit alors de choisir des sources de faisceau laser ajustables dans des domaines de longueurs d'ondes qui correspondent à l'une au moins des raies caractéristiques du spectre d'absorption de l'espèce pue l'on veut détecter. La diode laser sera de préférence placée à proximité de la surface des produits, à une distance variant entre 1 mm et 15cm, préférentiellement entre 2cm et 6cm. C'est aux environs de la surface du produit que les valeurs de pressions partielles en 02, H20 et C02 ainsi de la température interviennent dans les mécanismes décrits plus haut : calamine et décarburation. Ce contrôle au plus près de la surface permet également le développement d'outils prédictifs et la bonne mise en oeuvre de la méthode proposée.

9 L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants, donnés à titre non limitatifs, conjointement avec les figures, qui représentent La figure 2 décrit une courbe caractéristique d'évolution de la température du produit en fonction du temps, contrôlée selon le procédé de l'invention.
La figure 3, décrit l'application de l'invention au four de réchauffage.
La figure 4, décrit le contrôle de la montée en température du produit, selon l'invention.
La figure 5, décrit une courbe de température dans un four de réchauffage en fonction du temps.
La figure 6, une courbe de variation de la .quantité de calamine en fonction du temps.
La figure 7, un autre exemple d'une courbe de variation de la quantité
de la calamine en fonction du temps.
Sur la Fig. 2, la courbe (21) représente la courbe de chauffe du produit, par exemple la température de peau d'une billette ou d'une brame en four de réchauffage. Selon cette courbe, on peut définir les temps to, t1, t2 et t3 correspondant respectivement au temps to d'enfournement du produit, au temps t1 pour lequel la température de peau atteint 650 °C, au temps t2 pour lequel la température de peau est égale à 85 % de la température finale (ou de défournement) Tout de la peau du produit , et enfin au temps t3 de défournement du produit à sa température finale Tout. On définit ainsi un intervalle de temps 01 correspondant au temps que passe la surface du produit entre t1 et t2. On peut également définir un temps D2 correspondant au temps passé par le produit entre t7 et t3.
Le procédé selon l'invention consiste à réduire le temps ~i de 8 % à
40% environ de sa valeur de référence et de manière préférentielle de 10 à 30% environ de sa valeur de rëférence. Ceci permet de diminuer l'épaisseur de la couche décarburée d'au moins 20% selon la teneur en éléments d'alliage et spécifiquement la teneur en carbone, par rapport au procédé de l'art antérieur utilisant soit la conduite empirique du four par un homme de métier expérimenté soit la conduite du four par des abaques de 5 température ou un logiciel adapté. C'est en particulier la réduction du temps ~i se traduisant par une augmentation de la pente de la courbe 52 par rapport à la pente de la courbe 51 entre les instants t1 et t2 correspondant aux températures de 650° C et de 85 % de la température de peau à la sortie du four qui est fondamentale selon le procédé de l'invention, car on a mis en

10 évidence que c'est dans ces zones de température qu'il fallait augmenter la pente de la courbe de chauffe du produit si l'on voulait obtenir les gains espérés.
De la même façon, l'invention permet la réduction du temps O2 entre 5 % et 30% de sa valeur de référence et de manière préférentielle entre 7 et 15% de sa valeur de référence. Ceci permet de diminuer la masse de la calamine entre 5 et 30% selon la nature de l'acier.
Cette réduction des temps 01 et 02 est réalisée, selon l'invention, en augmentant l'énergie transférëe au produit pendant toute la durée de son séjour dans le four. Cela peut être réalisé en augmentant l'énergie disponible (ajout d'une source d'ënergie, par des brûleurs à flamme nue, des tubes radiants ou encore des résistances électriques ou du chauffage par induction) ou en augmentant le rendement de l'énergie disponible (enrichissement de l'air de combustion par de l'oxygène par exemple, jusqu'à 100% de puretë), de préférence au-delà de 90% 02 vol.
La réduction maximum de 02 est fixée par le respect de la contrainte d'homogénéité thermique du produit en sortie de four, elle-même gouvernée par la conduction thermique au sein du produit.
Par rapport à une situation de référence donnée (four donné, production horaire donc vitesse de défilement des produits donnés), la

11 réduction des temps Oj et 02 correspond soit à un raccourcissement du four, soit à une accélération de la vitesse de défilement des produits.
Un deuxième aspect de l'invention consiste à contrôler le profil de compositions des espèces de l'atmosphère dans le four et tout au long de la traversée du four par le produit.
En effet, la composition de l'atmosphère, c'est à dire notamment la teneur en éléments oxydants dans l'atmosphère (02, H20, C02) est un paramètre qui intervient dans la qualité métallurgique du produit. Ainsi, pour un profil thermique donné, on peut optimiser la qualité du produit en maintenant une teneur en oxygène plus ou moins élevée selon la zone du four dans laquelle on se situera.
Sur la Fig. 3 qui représente un four de réchauffage, le sens de circulation des produits (35) ainsi que celui des fumées est indiqué. La 'courbe (30) représente la courbe de montée en température du produit.
Lors de sa circulation dans le four de réchauffage, la charge (35) subit une première montée en température dans la zone (32) . Ensuite, les températures atteignent une température Td~carb~ Cette température est typiquement de 700°C pour les aciers ~et la décarburation sera d'autant plus sensible à cette température que la teneur de l'acier en carbone est élevée.
Au-delà de Tdécarbs et en présence d'espèces oxydantes, les réactions de décarburation et de formation de calamine s'accélèrent : la température à
laquelle la formation de calamine devient effective est d'environ 800°C
pour les aciers. Le produit traverse la zone (33) puis entre dans la zone d'égalisation (34) quand il est à la température Téga~isat~on (typiquement 1100°C). Cette zone à très haute tempërature amène le produit à sa température finale (Tf;nai, typiquement 1200°C) et est particulièrement critique pour la formation de calamine.
Trois accès pour l'installation d'une diode laser sont prévus sur ce four.
L'accès (36) est situé dans la zone d'égalisation (34), l'accès (37) est situé
dans la zone de chauffe (33), l'accès (38) est situë dans la zone (32) qui

12 contient la zone dite de récupération tandis que l'accès (39) est situé dans la cheminée (31 ).
Selon l'invention, la mesure de la concentration des espèces oxydantes est effectuée par les accès (36), (37), (38), (39), chaque accès recevant un faisceau laser (via une fibre optique) ou un émetteur de faisceau laser, un récepteur étant prévu sur la paroi opposé du four (ou bien un miroir qui renvoit le faisceau parallèlement au faisceau incident, le récepteur étant placé à côté de l'ëmetteur).
Dans la zone (32) (température inférieure à Tdecarb)~ les débits de combustible et comburant des brûleurs de la zone (32) devront être réglés, selon l'invention, de manière à engendrer une teneur en oxygène dans l'atmosphère dans cette zone (32), mesurée par la diode laser correspondante, entre 0.5% et 4% en volume et de manière préférentielle entre 2 et 3%.
Dans le cas où la zone (32) d'égalisation n'est pas équipée de brûleurs, cette correction peut se faire par l'ajout de comburant par des lances, par exemple des lances à oxygène, la quantité injectée étant contrôlée par la mesure de teneur en oxygène de la diode laser.
La mesure est effectuée de préférence soit au plus près du produit, dans cette zone (32) par l'accès (38), soit par l'accès (39), c'est à dire dans le conduit d'évacuation des fumées où la même teneur en oxygène va être contrôlée. Si la mesure montre un défaut d'oxygène, la régulation des brûleurs devra corriger ce défaut et augmenter le débit de comburant (oxygène) aux brûleurs de la zone (32) ou de la zone précédente.
Dans la zone (32), une couche protectrice de Fe203 et Fe304 sera formée et renforcée par la présence d'oxygène résiduel dans les fumées. Ces oxydes seront formés au détriment des oxydes plus plastiques comme Fe0 ou FeSi04, qui conduisent dans ce cas à une forte adhérence de la calamine.
De plus, à faible température, le régime protecteur (stade parabolique de

13 l'oxydation) s'établit plus rapidement pour les pressions partielles d'oxygène comprises dans l'intervalle pré-cité (0,5% à 4% vol.).
Dans la zone (33) (température supérieure à Tdecarb et inférieure à
Tégarsation)~ les débits de combustible et comburant des brûleurs de la zone (33) devront être réglés selon l'invention de manière à engendrer une teneur en oxygène dans l'atmosphère voisine de zéro. L'atmosphère sera en défaut d'oxygène, donc en excès de combustible et en particulier de CO. Grâce à la mesure effectuée par l'accès (37), les brûleurs seront réglés de sorte que la concentration en 02 voisine de zéro et la concentration en CO comprise entre 0,1 % et 15% de volume et de manière préférentielle entre 1 et 10%. Dans cette zone à plus haute température, on cherche à limiter au maximum la formation de calaminé et la décarburation en réduisant la concentration des espèces oxydantes (02, C02, H2O).
Dans la zone (34) (température supérieure à Tégarsation), les débits de combustible et comburant des brûleurs de la zone (34) devront être réglés selon l'invention de manière à engendrer une teneur en oxygène dans l'atmosphère comprise entre 0.5% et 5% vol. et de manière préférentielle entre 1.5 et 4% vol.. La mesure de cette concentration est effectuée au plus près du produit entre 1 mm et 15 cm, par l'accès (36). Dans cette zone et en présence d'oxygène, il y a une consommation de la couche décarburée par oxydation qui sera accompagnée d'une augmentation de porosité de la calamine, qui facilitera son élimination en sortie de four.
L'accès (39) permet de vérifier à tout moment la concentration en CO
et en 02 dans les fumées avant leur évacuation.
Lorsque l'on contrôle ainsi l'atmosphère, selon, l'invention, la réduction de la masse de calamine obtenue est entre 5 et 25%, selon la nature de l'acier.
De la même façon, on note en règle générale, une réduction de l'épaisseur de la couche décarburée d'au moins 10%, selon la teneur en éléments d'alliage et spécifiquement la teneur en carbone.

14 Les gains obtenus avec le contrôle de l'atmosphère sont cumulables avec les gains obtenus par réduction des temps ~1 et D2 décrits ci-dessus.
La figure 4 illustre le contrôle dé la montée en température du produit selon l'invention. L'invention consiste à permettre le contrôle de la montée en température du produit et le réglage des brûleurs par une mesure locale, zone par zone et à quelques cm au-dessus de la charge, de la température de l'atmosphère du four grâce à un système de diode laser.
Sur la figure 4, le four (41) montre l'emplacement du produit (42) et du thermocouple (48) selon la technique de l'art antérieur. La mesure du thermocouple (48) donne une valeur de température dans l'axe du four et loin du produit (42).
Selon l'invention on met en place une ou plusieurs diode laser pour mesurer une valeur de température moyenne le long du chemin optique dans la largeur du four.
Une telle disposition permet - Une mesure moyenne le long du four, plus représentative du produit qu'une mesure ponctuelle en voûte.
- Une mesure proche du produit donc directement liée à la température de surface du produit qui est à l'équilibre avec la température du gaz en contact avec la dite surface.
- Une quantification de la relation entre température de voûte et températuré du produit qui était effectuée empiriquement dans l'état de l'art (en conservant le thermocouple de voûte).
Sur la figure 4, le nombre de points de mesures a ici été limité à trois.
De préférence, on utilisera entre 1 et 10 points de mesure dans un four.
Le four (41 ) est équipé des accès (43, 44, 45) situés au dessus du produit (42).

L'opérateur du four doit respecter au maximum un profil de montée en température du produit (47). Ce profil est fourni à l'opérateur, soit par son expérience soit par une abaque, soit par un logiciel de conduite de four.
Pour contrôler la montée en température du produit (47), l'homme de 5 l'art ne disposait jusque là que de la courbe (46) décrivant la température de la voûte dans l'axe du four, dont, par exemple, le thermocouple (48) fournit un point de mesure, comme illustré sur la courbe. Selon l'invention, l'homme de l'art a maintenant accès aux mesures situées sur la courbe (47) qui sont directement liées à la température de surface du produit. L'opérateur peut 10 donc agir sur la puissance des brûleurs pour retrouver le niveau souhaité
de température sur la courbe (47). Si la température mesurée est trop basse, alors l'opérateur augmentera lajpuissance de chauffage dans la zone proche du point de mesure. A l'inverse, si la température mesurée est trop haute, alors l'opérateur réduira la puissance dans la zone proche du point de

15 mesure.
L'ïnvention prësente également l'avantage suivant Certains fours utilisent un logiciel dit de « Niveau 2 » pour reproduire quelles que soient les conditions de chauffe une montée en température du produit, selon un profil initial donné. L'homme de métier ne disposait jusqu'à
ce jour d'aucune mesure pour valider en continu l'effet du logiciel. C'est un autre aspect de l'invention que de coupler ce logiciel avec les mesures directes du produit selon l'invention, ce qui permet d'avoir une vérification systématique en temps réel de la température visée du produit.
Exemple 1 Un premier exemple de mise en oeuvre est décrit à l'aide de la figure 5 qui représente la courbe de chauffe (51 ) associée à un four de réchauffage de billettes de grande longueur. La combustion est réalisée avec des brûleurs dont le combustible est du gaz naturel et le comburant de l'air préchauffé, avant mise en place de l'invention. (Sur cette figure 5, les

16 paramètres t1, ... et 0i, ... sont mis entre parenthèses lorsqu'ils concernent la courbe 51, selon l'art antérieur et sont notés sans parenthèses lorsqu'ils se réfèrent à la courbe 52).
La mise en oeuvre de l'invention se caractérise par le remplacement des brûleurs existants dont le comburant est de l'air, par des brûleurs dont le comburant a une concentration en oxygène supérieure à 21 % en volume, et de préférence supérieure à 88%. Plus préférentiellement, le comburant sera de l'oxygène industriellement pur. La courbe de chauffe associée est la courbe (52). On remarque que les temps ~1 et D2 sont réduits respectivement de 2100 à 1700 secondes et de 5300 à 4800 secondes. La qualité
métallurgique du procédé obtenu selon la courbe (52) sera nettement améliorée, grâce au suivi de la courbe de chauffe de la fig. 5, avec l'installation de diodes laser aux emplacements explicités en regard de la fig.
3 et fig. 4, ou tout autre moyen de mesure permettant un contrôle convenable de ce profil de chauffe.
La figure 6 représente la quantité de calamine produite avec la méthode décrite ci-avant. La quantité de calamine (61) est associée à la situation de référence, la courbe de calamine (62) est associée à la mise en oeuvre de l'invention. Les deux courbes ont été normalisées par la valeur maximum de l'épaisseur de calamine obtenue dans les conditions (61 ).
La mise en oeuvre du procédé selon l'invention, réduisant ~i de 19 et ~2 de 9.5 % permet de réduire la quantité de la calamine en moyenne de 8% (Fig. 6). Selon les expériences, l'épaisseur de la couche dëcarburée est réduite entre 9 et 17%.
Exemple 2 L'exemple de réalisation ci-après a été mis en oeuvre dans un four de réchauffage de billettes, de 33 MW de puissance et de 30m de long environ.

17 Les brûleurs présents initialement sur le four sont des brüleurs dit aéro-combustibles, l'air de combustion étant préchauffé à 300°C.
La figure 7 compare, pour un profil de chauffe identique, la quantité de calamine produite par (courbe 71 ) en suivant une atmosphère de chauffe dont la concentration d'oxygène dans les fumées humides est constante et égale à
3.5 % volumique, et la quantité de calamine produite (courbe 72) en suivant une atmosphère de chauffe dont la concentration d'oxygène dans les fumées humides varie de la manière suivante ~ environ 1.5% 02 (à 20 % près) quand la température de peau T
20 est supérieure à la température d'égalisation Tégaiisation (définie comme étant comprise entre 85% et 90% de la température de défournement), ~ environ 0% d'02 (jusqu'à quelques centaines de ppm) et une concentration de CO entre environ 0.5% et 3% (à 20 % près) pour Tdécarb < T < Tégalisation ~ Tdé~arb étant la température de début de la d écarburation (700°C) ~ environ 2% d'02 (à 20 % près) quand fa température de peau T
est inférieure à Tdécarb La concentration moyenne en 02 dans les fumées peut être mesurée par une sonde à oxygène usuelle, mais il peut être préférable de mettre en oeuvre une diode laser (de type dit « TDL ») dont le rayon passe à une distance de moins de 6 cm environ du produit traité pour contrôler finement et en temps réel une variation de concentration des espèces ci-dessus à la surface du produit afin de mieux respecter le profil d'atmosphère imposé en adéquation avec le profil de chauffe.
La mise en oeuvre selon l'invention, selon cet exemple 2, permet de réduire l'épaisseur de la calamine de 11 % (Fig. 7). Selon les expériences, l'épaisseur de la couche décarburée est réduite entre 12 et 20%.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement d'un produit métallurgique dans un four, dans lequel le produit à traiter est introduit dans le four, puis soumis au traitement souhaité, puis retiré du four, le four comportant des moyens de chauffage et notamment des brûleurs permettant de porter à une température variable les différentes zones du four, l'atmosphère dans ces différentes zones pouvant avoir une composition identique ou différente selon les zones considérées dudit four, procédé caractérisé en ce que le produit à traiter a une température qui augmente entre le moment où il est introduit et le moment où il est retiré du four, la courbe de montée en température ayant une pente qui augmente dans un premier intervalle de temps compris entre l'instant to d'introduction du produit dans le four et l'instant t1 auquel le produit atteint une température de surface de 650°C, une pente sensiblement constante entre l'instant t1 et l'instant t2 auquel le produit atteint une température d'environ 15 % inférieure à la température de surface finale souhaitée pour le produit à traiter lorsqu'il sort du four, puis une pente qui diminue entre l'instant t2 et l'instant t3 auquel le produit à traiter sort du four, procédé dans lequel on augmente la puissance de chauffe du four par rapport à sa puissance lorsque seuls des brûleurs aéro-combustibles sont utilisés de manière à augmenter la pente de la courbe de montée en température du produit à traiter, au moins pendant certaines périodes de traitement du produit dans le four entre les instants t1 et t2, ce qui engendre une diminution de la durée du traitement du produit à traiter et une diminution corrélative de l'épaisseur de la couche décarburée et/ou de la couche de calamine formée à la surface du produit.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'augmentation de la puissance de chauffe du four est obtenue à l'aide de brûleurs oxy-combustibles qui constituent au moins une partie des moyens de chauffe du four, notamment une partie des moyens de chauffe du four correspondant à la zone atteinte par le produit entre les instants t1 et t2.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le comburant fourni aux brûleurs oxy-combustibles constituant une partie au moins des moyens de chauffe du four, comporte au moins 88 % d'oxygène et de préférence plus de 90 % d'oxygène, encore plus préférentiellement plus de 95 % d'oxygène.

4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le temps de traitement du produit entre les températures de 700°C
et de 800°C atteintes pour la surface du produit, est diminué de 15% à 50% de sa valeur de référence, de préférence de 20 à 35% de sa valeur.

Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le temps de traitement entre les températures de 700°C et la température finale de la surface du produit, est diminué entre 3 et 25% de sa valeur de référence, de préférence entre 7 et 15% de sa valeur de référence.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'atmosphère du four varie le Long du four, en fonction de la température de peau du produit métallurgique.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'atmosphère du four au contact du produit à traiter comporte environ 0,5 vol à 5 % d'oxygène et de préférence entre 1,5 vol à 4 % vol d'oxygène quand la température de peau T à la surface du produit traité est supérieure ou égale à la température d'égalisation T egal, qui est égale à 85 % de la température à la surface du produit (température de défournement) à la sortie du four.

8. Procédé selon la température7, caractérisé en ce que la température d'égalisation T ega, est égale à 90 % de la température de défournement.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à8, caractérisé en ce que l'atmosphère au contact du produit à traiter comporte une concentration en oxygène inférieure à quelques centaines de ppm et une concentration en CO
comprise entre 0,1 % et 15 %, de préférence 0,5 % à 5 % vol lorsque la température de peau T à la surface du produit est supérieure à 700°C et inférieure à la température d'égalisation du produit, définie comme étant égale à 90 % de la température de peau du produit à la sortie du four.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'atmosphère au contact du produit à traiter comporte une concentration en oxygène comprise entre 0,5 % et 4 % vol et de préférence entre 2 % et 3 vol lorsque la température de peau T à la surface du produit à traiter est inférieure à 700° C.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'on analyse au moins un des paramètres de l'atmosphère dans au moins une zone du four à l'aide d'une diode laser dont le faisceau est situé à une distance minimum de la surface du produit comprise entre 1 cm et 6 cm en au moins un point de la surface dudit produit.