EP1687455A1 - Procede et dispositif de refroidissement d'une bande d'acier - Google Patents

Procede et dispositif de refroidissement d'une bande d'acier

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EP1687455A1
EP1687455A1 EP04797129A EP04797129A EP1687455A1 EP 1687455 A1 EP1687455 A1 EP 1687455A1 EP 04797129 A EP04797129 A EP 04797129A EP 04797129 A EP04797129 A EP 04797129A EP 1687455 A1 EP1687455 A1 EP 1687455A1
Authority
EP
European Patent Office
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tubes
strip
cooling
temperature
thickness
Prior art date
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EP04797129A
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German (de)
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EP1687455B1 (fr
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Stéphane Lecomte
André Fouarge
Denis Bouquegneau
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ArcelorMittal France SA
Original Assignee
USINOR SA
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Filing date
Publication date
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching

Definitions

  • the present invention relates to a device for implementing the cooling of a steel strip, as part of a continuous annealing process.
  • this cooling is achieved by means of immersed water jets.
  • This cooling operation can be carried out consecutively to a first cooling operation in a boiling water bath.
  • Continuous annealing is a thermochemical treatment that is applied to steel strips after cold rolling.
  • the "strip" of steel is the steel product which, when cut, will produce sheets used in particular for the manufacture of automobile bodies, carcasses of household appliances, etc.
  • the continuous annealing process consists in scrolling the steel strip through an oven where it is exposed to controlled heating and cooling. In the continuous annealing furnace, the steel strip travels vertically along a series of successive strands, up and down, and thus scrolls sequentially through the various processing steps.
  • the treatment of the strip in the oven generally comprises the following successive thermal stages:
  • the strip reaches a temperature of 700 to 850 ° C in 2 to 3 minutes;
  • the cooling phase plays a particularly crucial role since it allows, in certain cases, to reduce the concentration of expensive alloying elements necessary for the realization of particular microscopic structures, such as for example of the type " dual phase ", multiphase," HLE “(High Limit Elastic), etc.
  • the cooling process therefore corresponds to a significant metallurgical and economic challenge.
  • the Applicant has developed a cooling method which consists in immersing the steel strip in a water bath close to its boiling point. Although this process is characterized by exceptional cooling homogeneity and a constant heat transfer coefficient regardless of the conditions of the line, it also has certain limitations. On the one hand, the cooling speeds that can be achieved are relatively low, namely about 50 ° C / s for a 1mm thick steel strip.
  • JP-A-60 009834 uses a set of cooling ramps, disposed on either side of the steel strip, and immersed in a tank of water whose temperature is between 60 and 75% of the boiling temperature. For a given configuration of the spray booms, a laminar flow is generated, which prevents the formation of a vapor film in the vicinity of the steel strip.
  • Another solution is still to circulate water between two flat plates parallel and against the current relative to the running direction of the strip (EP-A-210847, JP-A-63 145722, JP- A-62 238334).
  • Another document proposes to use the impact pressure of the jets in order to eliminate the deformations of the band during quenching (see JP-A-11 193418).
  • the present invention aims at carrying out a so-called quenching operation, typically at a speed greater than 1000 ° C./s, applicable to products flat metallurgical materials, preferably of steel, in the form of cold-rolled strips.
  • This quenching operation must be implemented by means of jets of cold water, whose temperature is preferably between 0 ° C and 50 ° C, said jets being immersed.
  • the invention aims to ensure cooling conditions at high power as homogeneous as possible over the entire width of the steel strip, by controlling the flow within the device.
  • the temperature of the strip at the inlet of the device must be between 750 ° C and 350 ° C and the temperature at the outlet should preferably be between 0 ° C and 150 ° C.
  • a first object of the present invention relates to a basic cooling device, for carrying out a quenching operation during the continuous annealing treatment of a flat product in the form of a metallurgical strip.
  • a basic cooling device for carrying out a quenching operation during the continuous annealing treatment of a flat product in the form of a metallurgical strip.
  • said device being located in a vertical strand ascending or descending, comprising a weir in which is completely immersed a plurality of tubes stacked substantially vertically and symmetrically on either side of the strip along the latter and ejecting each, in the form of turbulent jets substantially horizontally, a cooling fluid to the band through a slot or a plurality of holes.
  • the device is further provided in its lower part with sealing means.
  • any two successive tubes, arranged on the same side of the strip are separated by an identical interval for all the tubes in question. view of the evacuation of the cooling fluid. Said interval is then chosen, at a given value of the specific flow rate of the cooling fluid, expressed in cubic meters per hour and per square meter of one face of the strip, to minimize the pressure drop in the evacuation channels corresponding to said interval (the pressure drop for each interval and the total pressure drop are identical).
  • the wall of the weir located at the rear of the tubes, has a width at least equal to that of the tubes and the horizontal distance of the wall relative to the face rear of the tubes is chosen such that the pressure loss caused by the presence of the weir is less than 5% of the pressure loss caused by the intervals between two successive tubes, which is considered negligible.
  • the flow is then two-dimensional.
  • the invention advantageously avoids local boiling phenomena by choosing a specific flow rate of the cooling fluid on one side of the strip between 250 and 1000 m 3 per hour and per m 2 . In an exemplary device tested by the Applicant, the maximum specific flow per face was about 580 m 3 per hour per m 2 .
  • the loss of load caused by the intervals is less than 150 mm of water column.
  • the distance between the end of each tube and the band is identical for all the tubes and is between 50 mm and 200 mm.
  • the ejection speed (V JE ⁇ ) satisfies the following criterion, respectively: for holes, A y JET ⁇ ⁇ u- T for slots, ( ⁇ X, F TM ⁇ 0.25
  • A represents the distance between the tube and the band and d represents the diameter of a hole or the thickness of the slot.
  • a and d are expressed in the same units of length, in meters for example. Their quotient is dimensionless.
  • V JE ⁇ is expressed in m / s.
  • the device is located in substantially vertical strand amount (angular deviation from the vertical less than 30 °) while being directly preceded by a tank of water essentially brought to the boiling temperature.
  • the invention will advantageously be implemented on an installation where the metallurgical product to be treated has a running speed of between 0.25 m / s and 20 m / s, and a thickness of between 0.1 mm and 10 mm. mm.
  • An important feature of the invention lies in the fact that the cooling tubes are dimensioned such that the ejection speed of the cooling fluid is homogeneous over the entire bandwidth.
  • the tubes are dimensioned so that the speed distribution is such that there is a relative difference between the maximum speed (V max ) and the minimum speed (V m ⁇ n ) ejection along the width tube less than 5% or
  • the ratio between the passage section of a tube and the free section of this tube is greater than 1.
  • said tubes have a rectangular section.
  • the ratio of one side to an adjacent side of the rectangular section is 0.1 to 10 and the thickness of the tubes is 0.25 to 10 times the hole diameter or the thickness of the tube.
  • the slot in order to control the coherence of the jet, the ratio between the thickness of the tubes and the diameter of the holes being, if appropriate, still preferably equal to 2/3.
  • the aforementioned sealing means comprise a double pair of roll locks, allowing both the passage of the band and the creation of a pressure loss limiting to a value minimal spillway leaks down.
  • these sealing means also comprise injection means a fluid between the rollers, whose pressure and / or temperature can be controlled.
  • the upper tube is equipped with a dam whose height is at least equal to the sum of the thickness of the water slide at the spillway and the height of the water column corresponding to the loss of load between the tubes at maximum flow rate.
  • a second object of the present invention relates to a quenching process during the continuous annealing treatment of a flat product in the form of a metallurgical strip, preferably a steel strip, implementing the device described. under one of the embodiments above, to achieve a specific cooling power of between 1000 W / m 2 and 10000 kW / m 2 per metallurgical product face.
  • the temperature of the strip at the inlet of the device is between 350 ° C. and 750 ° C. and the temperature at the outlet is between 50 ° C. and 450 ° C., preferably between 50 ° C and 100 ° C or between 350 and 450 ° C.
  • FIG. 1 schematically represents a sectional view of the cooling device according to the present invention.
  • Figure 2 schematically shows an arrangement of the holes for the projection of water on the steel strip in the device of the present invention.
  • FIG. 3 graphically illustrates the thermal performance of the cooling device according to the invention.
  • Figure 4 illustrates the performance of said device in terms of flatness of the steel strip.
  • Figures 5 and 6 illustrate the impact of the uniformity of cooling on the homogeneity of the mechanical properties of the steel strip.
  • Figure 5 relates to a steel of the "dual phase" family, while Figure 6 relates to a steel of the family of multiphase steels.
  • FIG. 7 schematically gives the different positions of the specimens taken as a function of the width of the sheet, for carrying out the tests relating to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 8 indicates the parameters making it possible to calculate the index of flatness, these parameters characterizing the sinusoid to which is assimilated the longitudinal profile of the strip at the edge.
  • the cooling device consists of a set of tubes 1, called “ramps” or “cooling ramps”, arranged symmetrically. on both sides of the steel strip to be cooled. These ramps are submerged and fed laterally with cooling fluid. Their section is preferably rectangular. In the following description of the invention, the terms “tubes” and “ramps” will be used indistinctly.
  • the immersion of the ramps is achieved by means of a sealing system, located in the lower part of the device, which allows both the passage of the steel strip 2 and the creation of a loss of maximum load so as to minimize the flow of coolant leakage to the bottom of the box.
  • this sealing system consists of a double pair of rollers 3, applied against the steel strip and positioned symmetrically with respect to this. this.
  • a fluid is injected whose pressure and / or temperature can be controlled.
  • the cooling fluid is preferably water.
  • the cooling ramps are located at a distance A from the pass line of the strip 2.
  • the maximum distance between the belt and the cooling ramps is 200mm.
  • a space B is left between two successive ramps so that the water injected by the ramps can be evacuated therebetween. This ensures a flow as homogeneous as possible along the width of the steel strip.
  • the choice of the distance B results from a compromise between a maximum specific cooling power P, the specific power being defined as the cooling power per unit area and per band face to be cooled, and a minimum pressure drop across the evacuation channels, to ensure a sufficiently rapid renewal of the cooling fluid in the vicinity of the sheet, and thus prevent the formation of local boiling zones in the vicinity of the strip.
  • the distance B is chosen to be identical between two successive ramps for all the ramps, in order to ensure identical flow conditions in front of all the spray bars. This therefore makes it possible to obtain a vertical homogeneity of the flow. In this way, the cooling fluid injected by a given ramp is discharged by means of the channels directly adjacent to this ramp.
  • Each cooling ramp 1 is provided, on the face exposed to the strip, with at least one slot or a set of holes, as shown in FIG. 2, intended for the projection of the cooling fluid towards the bandaged.
  • the distance between two successive holes should be such that the flow in the near vicinity of the strip can be likened to that of a slot.
  • the ejection velocity of the fluid must be sufficient to avoid forming boiling zones in the vicinity of the strip.
  • This ejection speed V is chosen as a function of the distance A with respect to the band and is typically between 0 and 10 m / s.
  • the device or cooling box Downstream of the evacuation channels, the device or cooling box comprises a spillway 4, over the entire width of the box and whose height corresponds to the level of the jet of the last ramp, which ensures that in all conditions of operation, the last ramp is immersed in the same way as the others.
  • the upper cooling ramp is surmounted by a dam 5 whose height is at least equal to the sum of the thickness H of the water table. water at the spillway and the water column height ⁇ H corresponding to the pressure drop ⁇ P through the discharge channels, for the maximum flow rate Qmax;
  • FIG. 3 shows that the specific cooling power, expressed in k per square meter and per strip face, is a linear function of the specific flow rate, itself expressed in cubic meters per hour and per square meter for the two cumulative faces.
  • Figure 4 illustrates the performance of the device with respect to the flatness of the steel strip. They are the image of the homogeneity of the cooling and consequently of the control of the flows in the device. The characterization of flatness concerns here long banks.
  • Each point in the figure represents an operating point of the device - defined by the associated specific cooling power - at a given time during the industrial test campaign.
  • a flatness index expressed in "I" units, is associated.
  • a unit "I” corresponds to a relative elongation of 1mm per 100m of steel strip.
  • FIG. 4 shows two reference thresholds, 120 and 240 "I" units, which correspond to the acceptable flatness tolerances for two electrogalvanizing lines. The figure shows that the majority of operating points are below the threshold of the most demanding line.
  • Figures 5 and 6 illustrate the impact of uniformity of cooling on the homogeneity of mechanical properties.
  • Figure 5 relates to a steel of the "dual phase” family.
  • Figure 6 refers to a multi-phase steel (ferrite, martensite, bainite, perlite).
  • the mechanical properties are characterized by a tensile test.
  • the specimens are taken at different positions according to the width of the sheet, according to the diagram shown in Figure 7: 1) Extreme bank, 2) Bank, 3) Quarter, 4) Center, 5) Center, 6) Quarter, 7) Shore, 8) Extreme shore.

Landscapes

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Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D'UNE BANDE D'ACIER
Objet de 1 ' invention [0001] La présente invention se rapporte à un dispositif destiné à la mise en œuvre du refroidissement d'une bande d'acier, dans le cadre d'un processus de recuit en continu. En particulier, ce refroidissement est réalisé au moyen de jets d'eau immergés. Cette opération de refroidissement peut être réalisée consécutivement à une première opération de refroidissement dans un bain d'eau bouillante .
Etat de la technique [0002] Le recuit continu est un traitement thermochimique que l'on applique aux bandes d'acier après le laminage à froid. La "bande" d'acier est le produit sidérurgique qui, découpé, donnera des tôles utilisées notamment pour la fabrication des carrosseries automobiles, des carcasses d'appareils électroménagers, etc. [0003] Le procédé de recuit continu consiste à faire défiler la bande d'acier dans un four où elle est exposée à un chauffage et à un refroidissement contrôlés. Dans le four de recuit continu, la bande d'acier circule verticalement, selon une série de brins successifs, montants et descendants, et défile ainsi séquentiellement au travers des diverses étapes du traitement . [0004] Le traitement de la bande dans le four comprend généralement les étapes thermiques successives suivantes :
- préchauffage et chauffage : la bande atteint une température de 700 à 850°C en 2 à 3 minutes ;
- maintien à la température maximale durant 1 minute environ ; refroidissement lent, par exemple à l'eau bouillante ; refroidissement rapide (appelé "trempe") ,' par exemple par eau sous forme liquide projetée sur la bande à une température pouvant aller au maximum jusqu'à sa température d' ébullition. survieillissement ; refroidissement final . [0005] Ces différentes étapes sont nécessaires à la mise en œuvre du traitement métallurgique visé, à savoir la recristallisation, la précipitation des carbures, l'obtention des structures finales ou encore l'obtention d'un acier non vieillissant, etc. [0006] En particulier, ces dernières années, on a vu l'émergence d'une demande accrue, émanant notamment de l'industrie automobile, pour des tôles d'acier présentant simultanément des propriétés de résistance et de for abilité améliorées. [0007] Dans ce cadre, la phase de refroidissement joue un rôle particulièrement crucial puisqu'elle permet, dans certains cas, de réduire la concentration en éléments d'alliage coûteux nécessaires à la réalisation de structures microscopiques particulières, comme par exemple de type "dual phase", multiphase, "HLE" (Haute Limite Elastique), etc. Le procédé de refroidissement correspond donc à un enjeu métallurgique et économique non négligeable. [0008] Les principales technologies de refroidissement appliquées industriellement sont :
- le refroidissement par jets de gaz ;
- l'immersion dans un bain d'eau, éventuellement "agitée" ; le refroidissement par passage sur des rouleaux refroidis ; le refroidissement par jets d'eau ; le refroidissement par un brouillard d'eau créé par pulvérisation au moyen d'un gaz supersonique, cette technologie étant appelée "misting jet". [0009] Par le passé, la Demanderesse a développé un procédé de refroidissement qui consiste à immerger la bande d'acier dans un bain d'eau proche de sa température d' ébullition. Bien que ce procédé soit caractérisé par une homogénéité de refroidissement exceptionnelle et par un coefficient de transfert thermique constant quelles que soient les conditions de la ligne, il possède également certaines limitations. [0010] D'une part, les vitesses de refroidissement qu'il est possible d'atteindre sont relativement faibles, à savoir environ 50°C/s pour une bande d'acier de 1mm d'épaisseur. Cette limitation provient du fait que lorsqu'une bande d'acier est immergée à haute température dans un bain d'eau bouillante, il se forme au voisinage de sa surface un film de vapeur stable, dans un régime dit de "caléfaction" , qui limite considérablement les échanges thermiques. On entend par caléfaction la présence d'un film de vapeur, engendré par ébullition importante, entre une paroi chaude et un fluide qui est soit un liquide, soit un mélange diphasique de liquide et de vapeur, cette présence ayant pour conséquence un mauvais transfert de chaleur entre la paroi et le fluide. [0011] D'autre part, la température de la bande d'acier à la sortie du bain d'eau bouillante doit rester supérieure à 300°C environ. Lorsque la température de la bande devient inférieure à cette température, le film de vapeur devient instable et on passe en régime d' ébullition dite nucléée. Dans ce dernier régime, des régions voisines de la bande sont soumises à des flux de chaleur différents, ce qui crée des différences de température importantes. Ces gradients de température induisent dans 1 ' acier des contraintes mécaniques, qui risquent de créer des déformations plastiques, donc permanentes et de mener à des défauts de planéité. [0012] Des solutions ont été proposées afin de pallier ces défauts. On peut par exemple immerger la bande d'acier dans un bain d'eau froide statique. Mais cette solution conduit également à l'apparition de défauts de planéité.
[0013] D'autres solutions ont été avancées, qui consistent à refroidir la bande d'acier au moyen de jets immergés, afin d'empêcher la formation locale de zones d' ébullition dans le voisinage de celle-ci. Ces systèmes de refroidissement peuvent être ou non précédés par un refroidissement plus lent, de type "gas jet cooling" ou immersion dans un bain d'eau statique. [0014] Ainsi, dans la demande de brevet JP-A-58 039210, la bande est d'abord refroidie dans un bain d'eau dont la température est supérieure à 60°C, jusqu'à une température comprise entre 200 à 500°C, gamme de températures dans laquelle se produit la transition entre 1' ébullition en film et l' ébullition nucléée. On préconise alors de refroidir la bande juste avant ou juste après la transition au moyen de jets d'eau immergés jusqu'à ce que la bande atteigne la température du bain. [0015] Une solution similaire (JP-A-60 009834) utilise un ensemble de rampes de refroidissement, disposées de part et d'autre de la bande d'acier, et immergées dans une cuve d'eau dont la température est comprise entre 60 et 75% de la température d' ébullition. Pour une configuration donnée des rampes d'aspersion, un écoulement laminaire est généré, ce qui permet d'éviter la formation d'un film de vapeur au voisinage de la bande d'acier. [0016] Une autre solution consiste encore à faire circuler de 1 ' eau entre deux plaques planes parallèlement et à contre-courant par rapport au sens de défilement de la bande (EP-A-210847, JP-A-63 145722, JP-A-62 238334) . [0017] Un autre document propose d'utiliser la pression d'impact des jets afin de supprimer les déformations de la bande lors de la trempe (voir JP-A-11 193418). Le déposant préconise d'appliquer de part et d'autre de la bande d'acier une pression d'au moins 500M/cm2. [0018] Enfin, il est également possible de contrôler le refroidissement au moyen d'additifs dans le bain de trempe, de manière à éviter l' ébullition et ainsi limiter le niveau des contraintes internes dans l'acier lors de la trempe (JP-A-57 085923) . [0019] Bien que de nombreuses solutions aient été avancées, l'obtention simultanée de performances thermiques élevées et d'une bonne planéité en sortie de refroidissement rapide par voie liquide reste à ce jour un défi majeur.
Buts de 1 ' invention
[0020] La présente invention vise à réaliser une opération dite de trempe, typiquement à une vitesse supérieure à 1000°C/s, applicable à des produits métallurgiques plats, de préférence en acier, sous forme de bandes laminées à froid. [0021] Cette opération de trempe doit être mise en œuvre au moyen de jets d'eau froide, dont la température est de préférence comprise entre 0°C et 50°C, lesdits jets étant immergés . [0022] L'invention vise à assurer des conditions de refroidissement à des puissances élevées aussi homogènes que possible sur toute la largeur de la bande d'acier, par la maîtrise des écoulements au sein du dispositif. [0023] Ainsi, la température de la bande à l'entrée du dispositif doit être comprise entre 750°C et 350°C et la température à la sortie doit être comprise de préférence entre 0°C et 150°C.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0024] Un premier objet de la présente invention concerne un dispositif de refroidissement de base, pour réaliser une opération de trempe lors du traitement de recuit en continu d'un produit plat sous forme d'une bande métallurgique, de préférence une bande d'acier, ledit dispositif étant localisé en brin essentiellement vertical montant ou descendant, comprenant un déversoir dans lequel est complètement immergée une pluralité de tubes empilés essentiellement verticalement et symétriquement de part et d'autre de la bande le long de celle-ci et qui éjectent chacun, sous forme de jets turbulents essentiellement horizontalement, un fluide de refroidissement vers la bande au travers d'une fente ou d'une pluralité de trous. Le dispositif est pourvu en outre dans sa partie inférieure de moyens d' étanchéité.
[0025] Selon l'invention, deux tubes successifs quelconques, disposés d'un même côté de la bande, sont séparés par un intervalle identique pour tous les tubes en vue de l'évacuation du fluide de refroidissement. Ledit intervalle est alors choisi, à une valeur donnée de débit spécifique du fluide de refroidissement, exprimé en mètres cubes par heure et par mètre carré d'une face de la bande, pour minimiser la perte de charge dans les canaux d'évacuation correspondants audit intervalle (la perte de charge pour chaque intervalle et la perte de charge totale sont identiques) . [0026] Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, la paroi du déversoir, située à l'arrière des tubes, possède une largeur au moins égale à celle des tubes et la distance horizontale de cette paroi par rapport à la face arrière des tubes est choisie telle que la perte de charge occasionnée par la présence du déversoir soit inférieure à 5% de la perte de charge occasionnée par les intervalles entre deux tubes successifs, ce qui est considéré comme négligeable. L'écoulement est alors bidimensionnel . [0027] L'invention permet avantageusement d'éviter les phénomènes d' ébullition locale en choisissant un débit spécifique du fluide de refroidissement sur une face de la bande compris entre 250 et 1000 m3 par heure et par m2. Dans un exemple de dispositif testé par la Demanderesse, le débit spécifique maximum par face était d'environ 580 m3 par heure et par m2. [0028] De préférence, la perte de charge occasionnée par les intervalles est inférieure à 150 mm de colonne d' eau . [0029] Toujours avantageusement, la distance entre l'extrémité de chaque tube et la bande est identique pour tous les tubes et est comprise entre 50 mm et 200 mm. [0030] Toujours selon l'invention, la vitesse d'éjection ( VJEτ) satisfait le critère suivant, respectivement : pour des trous, A y JET ≥ <u- T pour des fentes, ( Λ X, F™ ≥ 0,25
où A représente la distance entre le tube et la bande et d représente le diamètre d'un trou ou l'épaisseur de la fente. A et d sont exprimés dans les mêmes unités de longueur, en mètres par exemple. Leur quotient est adimensionnel . VJEτ est exprimé en m/s. [0031] Ces deux critères, issus de la théorie des jets turbulents, donnent l'atténuation de la vitesse maximale d'un jet turbulent avec un environnement à vitesse nulle. Les critères sont calculés sur base d'une vitesse minimale de 2,5 m/s. La vitesse maximale du jet à A = 50 mm (position de la bande par rapport à l'orifice du jet) est de 0,65 m/s. La vitesse de 0,65 m/s est donc considérée comme la vitesse minimale du jet lorsque celui-ci atteint la bande, pour casser la couche de caléfaction. [0032] De préférence, le fluide de refroidissement est de l'eau liquide maintenue à une température inférieure à 50°C.
[0033] De préférence, le dispositif est localisé en brin essentiellement vertical montant (écart angulaire par rapport à la verticale inférieur à 30°) tout en étant directement précédé par une cuve d'eau essentiellement portée à la température d' ébullition.
[0034] L'invention sera avantageusement mise en œuvre sur une installation où le produit métallurgique à traiter possède une vitesse de défilement comprise entre 0,25 m/s et 20 m/s, et une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 10 mm. [0035] Une caractéristique importante de l'invention réside dans le fait que les tubes de refroidissement sont dimensionnés de telle manière que la vitesse d'éjection du fluide de refroidissement soit homogène sur toute la largeur de bande. [0036] De préférence, on dimensionne les tubes pour que la distribution des vitesses soit telle que l'on ait un écart relatif entre la vitesse maximale (Vmax) et la vitesse minimale (Vmιn) d'éjection suivant la largeur du tube inférieur à 5 % ou
[0037] De préférence, le rapport entre la section de passage d'un tube et la section libre d'aspersion de ce tube, c'est-à-dire l'aire de la fente ou l'aire cumulée des trous, est supérieur à 1.
[0038] Selon une modalité préférée de l'invention, lesdits tubes ont une section rectangulaire. De préférence, le rapport d'un côté à un côté adjacent de la section rectangulaire est compris entre 0,1 et 10 et l'épaisseur des tubes est comprise entre 0,25 fois et 10 fois le diamètre des trous ou l'épaisseur de la fente, en vue de contrôler la cohérence du jet, le rapport entre l'épaisseur des tubes et le diamètre des trous étant le cas échéant encore de préférence égal à 2/3. [0039] Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens d'étanchéité précités comprennent un sas à double paire de rouleaux, permettant à la fois le passage de la bande et la création d'une perte de charge limitant à une valeur minimale les fuites du déversoir vers le bas.
[0040] Toujours selon l'invention, ces moyens d'étanchéité comprennent également des moyens d'injection d'un fluide entre les rouleaux, dont on peut contrôler la pression et/ou la température. [0041] Avantageusement, le tube supérieur est équipé d'un barrage dont la hauteur est au moins égale à la somme de l'épaisseur de la lame d'eau au déversoir et de la hauteur de colonne d'eau correspondant à la perte de charge entre les tubes à débit maximum. [0042] Un deuxième objet de la présente invention concerne un procédé de trempe lors du traitement de recuit en continu d'un produit plat sous la forme d'une bande métallurgique, de préférence une bande d'acier, mettant en œuvre le dispositif décrit sous l'une des modalités d'exécution ci-dessus, pour atteindre une puissance spécifique de refroidissement comprise entre 1000 W/m2 et 10000 kW/m2 par face de produit métallurgique. [0043] Selon le procédé de l'invention, la température de la bande à l'entrée du dispositif est comprise entre 350°C et 750°C et la température à la sortie est comprise entre 50°C et 450°C, de préférence entre 50°C et 100°C ou entre 350 et 450°C.
Brève description des figures [0044] La figure 1 représente schématiquement une vue en coupe du dispositif de refroidissement selon la présente invention.
[0045] La figure 2 représente schématiquement une disposition des trous destinés à la projection d'eau sur la bande d'acier dans le dispositif de la présente invention.
[0046] La figure 3 illustre graphiquement les performances thermiques du dispositif de refroidissement selon l'invention.
[0047] La figure 4 illustre les performances dudit dispositif en termes de planéité de la bande d'acier. [0048] Les figures 5 et 6 illustrent l'impact de l'uniformité du refroidissement sur l'homogénéité des propriétés mécaniques de la bande d'acier. La figure 5 se rapporte à un acier de la famille "dual phase", tandis que la figure 6 se rapporte à un acier de la famille des aciers multiphasés . [0049] La figure 7 donne schématiquement les différentes positions des éprouvettes prélevées en fonction de la largeur de la tôle, pour la réalisation des essais relatifs aux figures 5 et 6. [0050] La figure 8 indique les paramètres permettant de calculer l'indice de planéité, ces paramètres caractérisant la sinusoïde à laquelle est assimilé le profil longitudinal de la bande en rive.
Description d'une forme d'exécution préférée de l'invention [0051] Comme le montre la figure 1, le dispositif de refroidissement est constitué d'un ensemble de tubes 1, dits "rampes" ou "rampes de refroidissement", disposés symétriquement de part et d'autre de la bande d'acier à refroidir. Ces rampes sont immergées et alimentées latéralement en fluide de refroidissement. Leur section est de préférence rectangulaire . Dans la suite de 1 ' exposé de l'invention, les termes "tubes" et "rampes" seront indistinctement utilisés. [0052] L'immersion des rampes est réalisée au moyen d'un système d'étanchéité, situé dans la partie inférieure du dispositif, qui permet à la fois le passage de la bande d'acier 2 et la création d'une perte de charge maximum de manière à limiter au minimum le débit de fuite du fluide de refroidissement vers le bas du caisson. Dans l'application présentée, ce système d'étanchéité est constitué d'une double paire de rouleaux 3, appliqués contre la bande d'acier et positionnés symétriquement par rapport à celle- ci. Entre les rouleaux, on injecte un fluide dont on peut contrôler la pression et/ou la température. [0053] Le fluide de refroidissement est préférentiellement de l'eau. Les rampes de refroidissement sont situées à une distance A de la ligne de passe de la bande 2. Pour des raisons d'encombrement, d'une part, et afin de limiter le débit total dans le système, pour des performances équivalentes, d'autre part, la distance maximum entre la bande et les rampes de refroidissement est fixée à 200mm. [0054] Un espace B est laissé entre deux rampes successives afin que l'eau injectée par les rampes puisse être évacuée entre celles-ci. Ceci garantit un écoulement aussi homogène que possible suivant la largeur de la bande d'acier. Le choix de la distance B résulte d'un compromis entre une puissance de refroidissement spécifique P maximum, la puissance spécifique étant définie comme la puissance de refroidissement par unité de surface et par face de bande à refroidir, et une perte de charge minimale à travers les canaux d'évacuation, afin d'assurer un renouvellement suffisamment rapide du fluide de refroidissement au voisinage de la tôle, et ainsi éviter la formation de zones d' ébullition locales au voisinage de la bande. La distance B est choisie identique entre deux rampes successives pour toutes les rampes, afin d'assurer des conditions d'écoulement identiques en face de toutes les rampes d'aspersion. Ceci permet donc d'obtenir une homogénéité verticale de l'écoulement. De cette manière, le fluide de refroidissement injecté par une rampe donnée est évacué au moyen des canaux directement adjacents à cette rampe. On évite ainsi de créer des chemins préférentiels et on minimise le temps de passage du fluide de refroidissement au voisinage de la bande, toujours pour éviter la formation locale de zones d' ébullition. [0055] Chaque rampe de refroidissement 1 est pourvue, sur la face exposée à la bande, d'au moins une fente ou d'un ensemble de trous, comme représenté à la figure 2, destinés à la projection du fluide de refroidissement vers la bande. La distance entre deux trous successifs doit être telle que 1 ' écoulement dans le proche voisinage de la bande puisse être assimilé à celui d'une fente. La vitesse d'éjection du fluide doit être suffisante afin d'éviter de former des zones d' ébullition au voisinage de la bande. Cette vitesse d'éjection V est choisie en fonction de la distance A par rapport à la bande et est typiquement comprise entre 0 et lOm/s. [0056] En aval des canaux d'évacuation, le dispositif ou caisson de refroidissement comprend un déversoir 4, sur toute la largeur du caisson et dont la hauteur correspond au niveau du jet de la dernière rampe, ce qui garantit que dans toutes les conditions de fonctionnement, la dernière rampe soit immergée au même titre que les autres . [0057] Afin d'assurer des conditions d'écoulement identiques en face de chaque rampe : la rampe de refroidissement supérieure est surmontée d'un barrage 5 dont la hauteur est au moins égale à la somme de l'épaisseur H de la nappe d'eau au déversoir et de la hauteur de colonne d'eau ΔH correspondant à la perte de charge ΔP au travers des canaux d'évacuation, pour le débit maximum Qmax ;
- un canal d'évacuation est réalisé en dessous de la dernière rampe . [0058] Ainsi, lorsque le système fonctionne, une différence de niveau d'eau existe entre la face avant, ou côté bande, et la face arrière, ou côté déversoir, des rampes. Cette différence est égale à la hauteur de colonne d'eau correspondant à la perte de charge entre deux rampes, pour un débit donné. [0059] Les performances de refroidissement du dispositif, illustrées à la figure 3, ont été mesurées en conditions industrielles par bilan thermique sur base des grandeurs suivantes : températures de la bande d'acier à l'entrée et à la sortie du dispositif, longueur de la section de refroidissement et vitesse de défilement de la bande d'acier à travers le dispositif. La figure 3 montre que la puissance de refroidissement spécifique, exprimée en k par mètre carré et par face de bande, est une fonction linéaire du débit spécifique, lui-même exprimé en mètres cubes par heure et par mètre carré pour les deux faces cumulées. Dans les conditions envisagées ici, la puissance spécifique est comprise entre 4000 et 6000k /m2 et par face de produit . [0060] La figure 4 illustre les performances du dispositif pour ce qui concerne la planéité de la bande d'acier. Elles sont l'image de l'homogénéité du refroidissement et par conséquent de la maîtrise des écoulements dans le dispositif. La caractérisation de la planéité concerne ici des rives longues. Chaque point de la figure représente un point de fonctionnement du dispositif - défini par la puissance de refroidissement spécifique associée - à un instant donné durant la campagne d'essais industriels. A chaque point de fonctionnement, on associe un indice de planéité, exprimé en unités "I". Une unité "I" correspond à un allongement relatif de 1mm pour 100m de bande d'acier. [0061] Dans le cas d'un défaut de type "rive longue", le profil longitudinal de la bande en rive peut être assimilé à une sinusoïde, de longueur d'onde L et d'amplitude X. L'indice de planéité est calculé sur base des mesures de L et de X (voir figure 8) au moyen de la relation suivante : [0062] Sur la figure 4 ont été représentés deux seuils de référence, 120 et 240 unités "I", qui correspondent aux tolérances de planéité admissibles par deux lignes d' électrozingage. La figure montre que la majorité des points de fonctionnement se situent en deçà du seuil de la ligne la plus exigeante. [0063] Les figures 5 et 6 illustrent l'impact de l'uniformité du refroidissement sur l'homogénéité des propriétés mécaniques . La figure 5 se rapporte à un acier de la famille "dual phase" . La figure 6 se rapporte à un acier multiphasé (ferrite, martensite, bainite, perlite) . Dans les deux cas, les propriétés mécaniques sont caractérisées par un essai de traction. Les éprouvettes sont prélevées à différentes positions suivant la largeur de la tôle, selon le schéma représenté à la figure 7 : 1) Extrême rive, 2) Rive, 3) Quart, 4) Centre, 5) Centre, 6) Quart, 7) Rive, 8) Extrême rive.
[0064] Sur les figures 5 et 6, on a représenté respectivement la charge à rupture, la limite élastique
(uniquement Fig. 6) et l'allongement à 80% de la charge à rupture. On peut conclure de ces observations qu'il y a une bonne homogénéité des propriétés mécaniques suivant la largeur de la bande .

Claims

REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement, pour réaliser une opération de trempe lors du traitement de recuit en continu d'un produit plat sous forme d'une bande métallurgique (2), de préférence une bande d'acier, ledit dispositif : étant localisé en brin essentiellement vertical montant ou descendant ; comprenant un déversoir (4) dans lequel est complètement immergée une pluralité de tubes (1) empilés essentiellement verticalement et symétriquement de part et d'autre de la bande (2) le long de celle-ci et qui éjectent chacun, sous forme de jets turbulents essentiellement horizontaux, un fluide de refroidissement vers la bande au travers d'une fente ou d'une pluralité de trous ; étant pourvu dans sa partie inférieure de moyens d'étanchéité (3) ; caractérisé en ce que deux tubes (1) successifs quelconques, disposés d'un même côté de la bande (2) , sont séparés par un intervalle (B) identique pour tous les tubes (1) en vue de l'évacuation du fluide de refroidissement, ledit intervalle (B) étant choisi, à une valeur donnée de débit spécifique du fluide de refroidissement, exprimé en mètres cubes par heure et par mètre carré d'une face de la bande, pour minimiser la perte de charge dans les canaux d'évacuation correspondants audit intervalle (B) .
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi du déversoir (4) , située à l'arrière des tubes (1), possède une largeur au moins égale à celle des tubes (1) et la distance horizontale de cette paroi par rapport à la face arrière des tubes (1) est choisie telle que la perte de charge occasionnée par la présence du déversoir (4) soit inférieure à 5% de la perte de charge occasionnée par les intervalles (B) entre deux tubes (1) successifs.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le débit spécifique du fluide de refroidissement est compris entre 250 et 1000 m3 par heure, par m2 et par face de la bande.
4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la perte de charge occasionnée par les intervalles (B) est inférieure à 150 mm de colonne d' eau.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance (A) entre l'extrémité de chacun des tubes (1) et la bande (2) est identique pour tous les tubes et comprise entre 20mm et 200mm.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse d'éjection ( VJET) à chaque tube satisfait le critère suivant, respectivement : - pour des trous, JET ≥ o,ι— , d pour des fentes , où A représente la distance entre le tube et la bande et d représente le diamètre d'un trou ou l'épaisseur de la fente .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est de l'eau liquide maintenue à une température inférieure à 50°C.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif est localisé en brin vertical montant et est directement précédé par une cuve d'eau essentiellement portée à la température d' ébullition.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit métallurgique plat à traiter a une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 10 mm.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit métallurgique plat à traiter possède une vitesse de défilement comprise entre 0,25 m/s et 20 m/s.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes de refroidissement (1) sont dimensionnés pour que la distribution des vitesses d'éjection soit telle que l'on ait un écart relatif (Vmax - V n/ Vmax) entre la vitesse maximale (Vmax) et la vitesse minimale (Vmm) d'éjection suivant la largeur du tube inférieur à 5 %.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le rapport entre la section de passage d'un tube et la section libre d'aspersion de ce tube, c'est-à-dire l'aire de la fente ou l'aire cumulée des trous, est supérieur à 1.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits tubes (1) ont une section rectangulaire.
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le rapport d'un côté à un côté adjacent de la section rectangulaire est compris entre 0,1 et 10.
15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que l'épaisseur des tubes est comprise entre 0,25 fois et 10 fois le diamètre des trous ou l'épaisseur de la fente, le rapport entre l'épaisseur des tubes et le diamètre des trous étant le cas échéant de préférence égal à 2/3.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité (3) comprennent un sas à double paire de rouleaux, permettant à la fois le passage de la bande (2) et la création d'une perte de charge limitant à une valeur minimale les fuites du déversoir (4) vers le bas.
17. Dispositif selon la revendication 16, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étanchéité (3) comprennent en outre des moyens d'injection d'un fluide entre les rouleaux, dont on peut contrôler la pression et/ou la température.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube (1) supérieur est équipé d'un barrage (5) dont la hauteur est au moins égale à la somme de l'épaisseur de la lame d'eau (H) au déversoir et de la hauteur de colonne d'eau (ΔH) correspondant à la perte de charge entre les tubes à débit maximum.
19. Procédé de trempe lors du traitement de recuit en continu d'un produit plat sous la forme d'une bande métallurgique, de préférence une bande d'acier, mettant en œuvre un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour atteindre une puissance spécifique de refroidissement comprise entre 1000 kW/m2 et 10000 kW/m2 par face de produit métallurgique.
20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la température de la bande à 1 ' entrée du dispositif est comprise entre 350°C et 750°C et la température à la sortie est comprise entre 50°C et 450°C, de préférence entre 50°C et 100°C ou entre 350°C et 450°C.
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