EP2304060B1 - Procede et dispositif de regulation de refroidissement et de recuperation d' energie d' une bande d' acier en phase de recuit ou de galvanisation - Google Patents

Procede et dispositif de regulation de refroidissement et de recuperation d' energie d' une bande d' acier en phase de recuit ou de galvanisation Download PDF

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EP2304060B1
EP2304060B1 EP08875607.7A EP08875607A EP2304060B1 EP 2304060 B1 EP2304060 B1 EP 2304060B1 EP 08875607 A EP08875607 A EP 08875607A EP 2304060 B1 EP2304060 B1 EP 2304060B1
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EP
European Patent Office
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water
cooling
pressure
temperature
ejector
Prior art date
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EP08875607.7A
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EP2304060A1 (fr
Inventor
Pierre- Jérôme BORREL
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Clecim SAS
Original Assignee
Primetals Technologies France SAS
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • 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
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for regulating the cooling necessary for forced cooling of a continuous circulating steel strip in an installation suitable for continuous annealing or continuous dipping according to the preambles of claims 1 and 6.
  • the invention relates to continuous annealing furnaces for the heat treatment of cold rolled steel strips, particularly rapid cooling of said strips.
  • the furnace must be able to provide, for tape speeds of several hundred meters per minute, heating and cooling rates and holding times adapted to the metallurgy of the treated steel. While the heating and maintenance times essentially involve the length of the furnaces and therefore the investment costs, the cooling rate poses real technological problems.
  • the water is treated according to evaporative cooling techniques such as cooling towers or air-cooling devices.
  • evaporative cooling techniques such as cooling towers or air-cooling devices.
  • the efficiency of these cooling processes is limited to minimum temperatures of approximately 30 ° C. at 35 ° C.
  • An object of the present invention is therefore to provide a cooling control method and a device for its implementation, both adapted to a forced cooling of a continuous circulating steel strip in an installation adapted to continuous annealing. or a continuous dipping galvanization allowing an advantageous cooling dynamics for any type of band in various annealing or galvanizing conditions.
  • the invention thus proposes a cooling regulation method and a device for implementing it according to claims 1 and 6.
  • a set of subclaims also has advantages of the invention as described later in the document.
  • the figure 2b schematically describes rapid cooling by cooled rolls:
  • the steel strip (B) winds between a lower layer (RI) and an upper layer (RS) of several rollers arranged side by side and having parallel main axes, said rollers being cooled by circulation of water under low pressure.
  • At least one of the two plies is able to move vertically in order to adjust the nesting of the rollers and, consequently, the arc of contact of the strip with the surface of the rollers in order to regulate the heat exchange. between the two.
  • the greater the arc of contact (by means of a large gap between the layers, that is to say an increase of the consecutive axis deviations of rollers), the more the cooling is intensified, and vice versa for reduce the cooling.
  • the Figure 2c schematically shows the cooling rate range (V Ref ), between 1 and 10000 ° C / s, of conventional steel strip cooling processes: a cooled tube process (T), a gas jet process (JG ), a cooled-roller (RR) process, a water-spray or water-gas (PE) mixing process, and finally, for the quickest, a quenching process in a water tank (TE).
  • V Ref cooling rate range
  • T cooled tube process
  • JG gas jet process
  • RR cooled-roller
  • PE water-spray or water-gas
  • TE water tank
  • the figure 3a shows a schematic diagram of the device according to the invention in relation to the figure 2a for example, where a method of cooling by gas jet (blowing) uses a blowing cell (51) on the strip (B) in continuous scrolling.
  • a method of cooling by gas jet uses a blowing cell (51) on the strip (B) in continuous scrolling.
  • the heated gas is recovered in the furnace enclosure (5) and passes into a gas / water heat exchanger (5142) whose inputs and outputs (51421 and 51422), water side (to be cooled), are connected to a unit vacuum cooling device (52) associated with said exchanger (5142).
  • the blowing of the cooling gas is provided by blowing cells consisting of a motor-blower blowing into diffusion chambers placed on either side of the strip in order to cool them. two faces.
  • the gas reheated in contact with the strip up to about 45 ° C. to 180 ° C. is sucked by the fan into the enclosure of the furnace and passes into an exchange member consisting of a gas / water exchanger from which it exits to 30 ° C - 50 ° C before being reinjected by the fan into the diffusion chambers.
  • the cooling is carried out by several cells placed one after the other along the path of the strip.
  • the device according to the invention may comprise several cooling units each comprising a cell or a battery of several blowing cells.
  • Each unit can be dimensioned to stagger the temperature of the water returned to the exchange member, for example 30 to 10 ° C in order to stagger the temperature of the cooling gases of the strip in the direction of scrolling of it.
  • a first cooling unit associated with a first exchange member located upstream of the fan acts as described above and a second cooling unit associated with a second exchange member located in downstream fan ensures very well, with a chilled water whose temperature is between 5 and 10 ° C, the cooling of the gas entering the diffusion chambers.
  • the exchange member (51, 5142) between the strip and the cooling water can thus advantageously be, depending on the type of embodiment, a water / water or gas / water exchanger and applies to the progressive cooling processes of the band as cooling by cooled tubes or by gas jets or by cooled rollers.
  • the cooling control device may comprise at least one vapor condenser (523) being disposed at the outlet of the ejector (522) of the sealed enclosure and adapted to replenish the sealed enclosure ( 521) by booster (5214) of a water level required in and, if necessary, adapted to redirect a surplus of said vaporized water to an external pipe (5233) for reuse or vapor dissipation, ideally for plant-specific or steam rejection purposes.
  • at least one vapor condenser (523) being disposed at the outlet of the ejector (522) of the sealed enclosure and adapted to replenish the sealed enclosure ( 521) by booster (5214) of a water level required in and, if necessary, adapted to redirect a surplus of said vaporized water to an external pipe (5233) for reuse or vapor dissipation, ideally for plant-specific or steam rejection purposes.
  • the cooling device may be of the "barometric" type, that is to say that the partial vacuum chamber is connected to the exchange member by a water column of height, generally equal or greater than eleven meters. This arrangement is particularly well suited to quenching type exchange sources, an example of application of the invention will be presented later.
  • It can also be of closed type, the sealed enclosure under partial vacuum being connected to the exchange member by a closed circuit comprising a circulation pump.
  • This arrangement is particularly suitable for exchange sources of the heat exchanger type.
  • the steam supplying the ejector comes from a boiler for producing steam heated with the flue gases in the direct flame heating portion of the furnace or with the flue gases from the radiant tubes (see example according to figure 4 ).
  • the amount of steam thus produced is sufficient to meet both the needs of the ejector and a band degreasing section.
  • the increase in combustion efficiency reduces the amount of gas burned and the steam production capacity may be insufficient to cover the only needs of the degreasing but remains sufficient for the supply of the gases. ejectors.
  • the condenser member of the steam coming from the ejector may be an exchanger whose steam exchange circuit is supplied with water at a low pressure, more or less hot, recovered from the installation, for example from a degreasing section, and reheated in the exchanger at a temperature equal to or slightly less than the vaporization temperature at the pressure in question.
  • It can also be constituted by a direct contact exchanger providing a direct exchange between the steam from the ejector and the cooling water to be heated and generally returns a water at a temperature not lower than the vaporization temperature at a pressure considered .
  • a part of the water leaving the condenser element at a temperature may be used, after optional cooling, as demineralized water in the continuous annealing or galvanizing plant.
  • demineralized water for example, for high-pressure cleaning of the rolls of a skin-pass mill or to compensate for the loss of demineralised water by evaporation or banding in the degreasing / rinsing tanks.
  • the method according to the invention allows the water leaving the condensing member (523) at the post-condensation temperature (T VE3 ) to be reintroduced as an addition in the sealed chamber (521) by a sheath (5214) and, if necessary, a surplus of said water is redirected to an external pipe (5233) for reuse (if the condenser is a direct contact exchanger) or vapor dissipation (if the organ condensation is a wall exchanger). Cooling is thus effectively achieved in a circulation loop / dynamic heat transfer and also has a possibility to provide an excess of heat or energy remaining to other applications in need.
  • the cooled water recovered at the outlet (5213) of the sealed enclosure (521) is a so-called ice water at the second temperature (T ER2 ) of between 5 and 10 ° C. .
  • T ER2 the second temperature
  • This is simply led back to the inlet (51421) of the exchange member (5142), for example via a sheath (5215), in order to effectively cool the flow of gas flow in the context of a band blowing cooling.
  • the invention figure 3a in view of the method and the device for its implementation thus very advantageously allows a dynamic recovery of energy stored by the water used for the forced cooling of a continuous circulating steel strip, this same water being reused for cooling purposes of the exchange member (51, 5142).
  • the figure 3b describes a variant of the device according to the figure 3a wherein a first cooling unit (52a) is associated with a first exchange member (5142a) located upstream of the fan (511) and supplied with cooled water at 30 ° C and a second cooling unit (52b) is associated a second exchange member (5142b) located between the fan (511) and the blow box (513) and supplied with ice water with a temperature of less than or equal to 10 ° C.
  • the cooling is thus more effectively accentuable while having the same energy recovery properties and other advantages related to the device according to figure 3a .
  • the figure 4 described by way of example and in relation to the figure 3a and 3b , the general flow diagram of fluids concerned by a cooling control device according to the invention in a continuous annealing system (B).
  • the annealing furnace (5) is equipped with a water cooling unit (52) associated with a rapid cooling unit of the strip according to one of the methods previously described and mentioned in Figure 2c .
  • the device according to the invention also comprises a steam production unit (53) obtained by heating with fumes collected at the entrance of the strip in the oven in the preheating zone by a sheath (531) for collecting the fumes to a boiler (53). The steam thus produced in the boiler feeds the ejector (522) of the cooling unit (52) via the sheath (532).
  • the water heated by the web heat is sensed at a suction port (51422), cooled in the sealed chamber (521) and returned to a discharge port (51421).
  • the condenser (523) receives water at (5231) and discharges heated water at (5232). In this figure, the necessary pumping and winnowing accessories have not been shown for the sake of clarity.
  • the figure 5 describes the block diagram of the device according to the invention adapted to a progressive cooling process (as in figure 2a ), for example by gas jet using four blast cells (51a, 51b, 51c, 51d) each having one of four exchangers (or exchange members) assigned (5142a, 5142b, 5142c, 5142d) and being successively placed in the opposite direction of the running of the strip (B) and two cooling units (52a, 52b) each with a sealed enclosure.
  • the cells (51) are connected in parallel pairs, ie the first two cells (51a, 51b) associated with the first cooling unit (52a) and the two second cells (51c, 51d) associated with the second cooling unit (52b).
  • Water cooled by the second cooling unit (52b) is discharged at its output (5213b) at a first outlet temperature (T ER2b ) sealed chamber partly in the battery of the first two (in the direction of the band) exchangers (5142c, 5142d) by the tubing (51421d) and partly in the first cooling unit (52a) by a booster tubing (5214a).
  • the water cooled by the first cooling unit (52a) is then discharged at its outlet (5213a) at a second outlet temperature (T ER2a ) lower than the first outlet temperature (T ER2b ) in the battery of the last two ( according to the direction of the band) exchangers (5142a, 5142b) by a pipe (51421b).
  • T ER2a second outlet temperature
  • At least one cooling unit (52a, 52b) is coupled to a plurality of heat exchange members (51a, 51b, 51c, 51d) distributed in the direction of travel of the band (B).
  • Each exchange member or group of exchange members (5142a, 5142b) mounted in parallel can thus be advantageously equipped with at least two cooling units connected in series.
  • the exchange member (51) between the steel strip (B) and the cooling water is, for example, a simple quenching cooling tank containing water maintained at a constant temperature. temperature of 30 to 50 ° C which ensures instantaneous cooling of the strip by immersion.
  • This situation exists in the quench tank at the end of maintenance at annealing temperature and before over-aging in the continuous annealing furnaces as well as in the final cooling tanks at the outlet of the furnace of the continuous annealing or final cooling lines at the outlet. of zinc pot in the galvanizing lines.
  • the water of the final quenching tank of a continuous annealing or galvanizing plant is maintained at a temperature of between 5 and 10 ° C. and ensures cooling of the so-called "water” strip.
  • the partial vacuum allows, among other things, the degassing of the water tanks and removal of dissolved oxygen, which significantly reduces the oxidation of the hot band.
  • the figures 7a , 7b illustrate means for serializing devices according to the invention or some of their elements, in order to allow more efficient regulation / dynamic cooling.
  • the figure 7a describes the series connection of two ejectors adapted to equip a sealed cooling chamber such as that described from figure 3a in that each cooling unit (52) is equipped with at least two ejectors (522a, 522b) connected in series.
  • a steam outlet of the first ejector (522a) is directly disposed at one of the inputs of the second ejector (522b) connectable to a condensing member.
  • the two ejectors are for example commonly supplied with steam by a boiler (5221).
  • the two final and common inputs (5221) of the ejectors are connected to the partial evacuation output of a sealed enclosure.
  • cooling units can be coupled to an exchange member (51) in order to advantageously stagger a decrease in the temperature of the cooling water.
  • At least one of these cooling units (52a, 52b, 52c) may also be equipped with at least two ejectors connected in series.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé et un dispositif de régulation de refroidissement nécessaire pour un refroidissement forcé d'une bande d'acier circulant en défilement continu dans une installation adaptée au recuit continu ou à une galvanisation continue au trempé selon les préambules des revendications 1 et 6.
  • En particulier, l'invention se rapporte aux fours de recuit en continu destinés à assurer le traitement thermique de bandes d'acier laminé à froid, particulièrement au refroidissement rapide des dites bandes.
  • Le laminage à froid de l'acier provoque un durcissement par écrouissage de l'acier qui entraine une fragilité rendant problématique ou interdisant la mise en forme ultérieure des bandes laminées.
  • Afin de restaurer la ductilité de ces bandes, un traitement thermique dit « de recuit de recristallisation » est mis en oeuvre. Pour ce faire, en alternative aux traitements statiques dans des fours cloches (batch annealing) pratiqués sur les bobines de bandes laminées, des lignes (de recuit) spécialisées ont été construites afin de réaliser le traitement de ces bandes en défilement continu.
  • A titre d'exemple, une telle ligne de recuit en continu est schématisée en figure 1 , et comporte typiquement :
    • une section d'entrée comprenant une ou deux dérouleuses (1) de bande, une cisaille guillotine (2), une soudeuse de raboutage (3) permettant de raccorder une queue d'une bande issue d'une des dérouleuses à la tête d'une prochaine bande issue de l'autre dérouleuse et assurant ainsi un fonctionnement continu de la ligne, un accumulateur de bande (4) qui, à son aval, restitue de la bande préalablement accumulée lorsque le déroulement en amont de l'accumulateur est figé pour réaliser la soudure de raboutage ;
    • un four (5) avec une section de préchauffage (6), une section de maintien à la température de recuit (7), une section de refroidissement rapide (8), une section de plusieurs unités de sur-vieillissement (9) suivies d'une section de refroidissement sous gaz protecteur (10) ;
    • une section de sortie avec un accumulateur de sortie (11), un ensemble de laminage de bande de type « Skin-Pass » (12), une cisaille (13) et une ou deux enrouleuses (14) de bande travaillant alternativement.
  • Le four doit être capable d'assurer, pour des vitesses de défilement de bande plusieurs centaines de mètres par minute, des allures de chauffage et de refroidissement ainsi que des temps de maintien adaptés à la métallurgie de l'acier traité. Alors que les temps de chauffage et de maintien mettent essentiellement en cause la longueur des fours et donc les coûts d'investissement, l'allure de refroidissement pose de réels problèmes technologiques.
  • On connait cinq types de procédés de refroidissement utilisables en fonction de la vitesse requise :
    • les procédés par tubes refroidis à l'eau ou à l'air qui, agissant à l'inverse de tubes de chauffage radiants, absorbent un rayonnement de la bande. Ils n'autorisent que des vitesses de refroidissement faibles de l'ordre de 2 à 10°C/s et ne sont guère utilisés que dans la phase initiale du refroidissement, par exemple entre 800 et 600°C. Ils sont ainsi inadaptés aux fortes vitesses de trempe ;
    • les procédés de refroidissement par jets de gaz neutre sur la bande comme de l'azote ou un mélange d'azote et d'hydrogène réducteur dont le pourcentage est voisin ou peu supérieur à 5% (aussi connu sous la terminologie « Gas Jet Cooling »). Ils autorisent des vitesses de refroidissement de 10 à 150°C/s selon les débits et températures de gaz, la vitesse de défilement et l'épaisseur des bandes. Ils présentent l'avantage de ne pas oxyder la surface des bandes et même de réduire les oxydes superficiels qui auraient pu se former en amont dans le four. Ils autorisent cependant des vitesses de refroidissement trop lentes pour certains aciers. De telles installations sont décrites, par exemple, dans les documents EP 1 602 738 et EP 0 182 050 ;
    • les procédés de refroidissement de bande sur rouleaux (aussi connu sous la terminologie « Roll Quenching ») qui assurent des allures de refroidissement un peu plus élevés de celles obtenues au moyen de jets de gaz. Ces procédés sont fondés sur l'échange entre la surface de la bande et la surface de rouleaux imbriqués et refroidis par circulation d'eau autour desquels la bande serpente. Pouvant être pratiqués sous atmosphère neutre ou légèrement réductrice, ils présentent les mêmes avantages que les jets de gaz mais aussi certains inconvénients de plissement de la bande, particulièrement pour des bandes larges et fines. D'autre part, l'efficacité de l'échange thermique par conduction diminue avec l'augmentation de l'épaisseur de la bande. De telles installations sont décrites, par exemple, dans le document EP 0 418 166 ;
    • les procédés de refroidissement par pulvérisation d'eau ou de brouillards air / eau autorisent des vitesses de refroidissement nettement plus rapide pouvant atteindre plusieurs centaines de degrés par seconde, typiquement, en fonction de la densité de brouillard, entre 50 et 400°C/s. Il est alors possible de traiter des aciers à haute résistance, par exemple à structure finale entièrement ou partiellement martensitique. Ils présentent cependant l'inconvénient d'oxyder superficiellement la bande et de nécessiter un décapage en sortie de four. De telles installations sont décrites, par exemple, dans le document JP 2000 119757 ;
    • les procédés par trempe directe de bande dans un bac d'eau (aussi connu sous la terminologie « Water Quenching ») à température régulée voisine de 50°C autorisent des vitesses de refroidissement pouvant atteindre plusieurs milliers de degrés par seconde, typiquement entre 1000 et 4000°C/s. Ils présentent de multiples inconvénients comme celui de refroidir la bande à des températures trop basses pour assurer sans réchauffage un sur-vieillissement, celui d'oxyder la bande et celui de produire de la vapeur qui complique le contrôle d'atmosphère du four. Ils nécessitent un réchauffage jusque vers 350°C avant sur-vieillissement et un décapage en sortie de four. De telles installations sont décrites, par exemple, dans le document JP2005179774 .
  • Tous ces procédés ont en dénominateur commun le fait d'extraire de la chaleur de la bande et de la restituer en dehors du four par l'intermédiaire d'un médium de refroidissement, de l'eau dans le cas le plus général.
  • Les procédés mettant directement en oeuvre cette eau (comme les bacs de trempe) ou indirectement à travers des systèmes échangeurs (comme les jets de gaz) sont alimentés en eau à température ambiante ou proche de l'ambiante, typiquement à 30 ou 35 °C et restituent une eau dont la température n'atteint généralement pas plus de 40 à 70°C. Il est évidemment difficile d'envisager des applications de cette eau réchauffée à température relativement modeste sauf, éventuellement, pour le chauffage des bâtiments. Même s'il est théoriquement possible de rendre plus aisée l'utilisation et la distribution de la chaleur ainsi récupérée en tolérant une température plus élevée de l'eau de refroidissement, cette augmentation de température ne pourrait se faire qu'au détriment de l'efficacité du processus de refroidissement de la bande, ce qui n'est évidemment pas souhaitable.
  • D'une manière plus courante, l'eau est traitée selon des techniques de refroidissement évaporatif comme des tours de refroidissement ou des dispositifs aéroréfrigérants. La température de l'eau ainsi refroidie restant plus élevée que la température de bulbe humide de l'air ambiant et étant de plus soumise aux variations climatiques, l'efficacité de ces procédés de refroidissement se trouve limité à des températures minimales d'environ 30 à 35°C.
  • Compte tenu du renchérissement constant de l'énergie et de l'impact de sa génération sur l'environnement, il est de plus en plus nécessaire de récupérer et d'utiliser avec la plus grande efficacité, sur le lieu même où on peut la capter, l'énergie disponible dans les processus de refroidissement qui sont nombreux dans l'industrie métallurgique.
  • Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé de régulation de refroidissement et un dispositif pour sa mise en oeuvre, tous deux adaptés à un refroidissement forcé d'une bande d'acier circulant en défilement continu dans une installation adaptée au recuit continu ou à une galvanisation continue au trempé permettant une dynamique avantageuse de refroidissement pour tout type de bande dans diverses conditions de recuit ou de galvanisation.
  • En particulier, le procédé et le dispositif selon l'invention devraient présenter plusieurs avantages par rapport aux procédés ou dispositifs existants, en ce que :
    • ils assurent une récupération efficace de l'énergie cédée par les bandes d'acier laminé lors de leur refroidissement dans les sections de refroidissement des fours de recuit continu ou de galvanisation et sa réutilisation immédiate de cette énergie avec un maximum d'efficacité ;
    • ils permettent d'abaisser la température de l'eau de refroidissement jusqu'à des valeurs inférieures à 10°C ;
    • ils permettent d'augmenter la vitesse de refroidissement des procédés utilisés sous atmosphère neutre ou réductrice, ne nécessitant ainsi pas de décapage subséquent ;
    • ils peuvent également être mis en oeuvre, dans le domaine de l'industrie métallurgique, partout où il s'agit de récupérer de l'eau de refroidissement, par exemple celle utilisée dans les rouleaux et parois refroidis de coulée continue de l'acier ou dans les murs et voutes refroidies des fours électriques de fusion.
  • L'invention propose ainsi un procédé de régulation de refroidissement et un dispositif pour sa mise en oeuvre selon les revendications 1 et 6.
  • Un ensemble de sous-revendications présente également des avantages de l'invention telle que décrite dans la suite du document.
  • Des exemples de réalisation et d'application pour clarifier et aider à une bonne interprétation de l'invention sont fournis à l'aide de figures décrites :
    • Figures 2a, 2b, 2c
    Schémas liés à différents modes de refroidissement rapide dans un four de recuit continu,
    Figure 3a, 3b
    Schémas de principe du dispositif selon l'invention,
    Figure 4
    Schéma général de circulation de fluides concernés par le dispositif selon l'invention dans une installation de recuit continu,
    Figure 5
    Schéma de principe du dispositif selon l'invention adapté à un refroidissement progressif de la bande par soufflage,
    Figure 6
    Schéma de principe du dispositif selon l'invention adapté au refroidissement par immersion dans un bac,
    Figure 7a, 7b
    Mise en série de dispositifs selon l'invention.
  • La figure 2a décrit schématiquement un refroidissement rapide par jet de gaz (ou soufflage) dans un four de recuit continu : une bande d'acier (B) défile verticalement dans un four (5) en passant au travers d'au moins une cellule de soufflage (51). Chaque cellule (51) comporte un groupe moto-ventilateur (511) alimentant un caisson de soufflage (513) par l'intermédiaire d'une gaine (512). Chaque caisson de soufflage (513) entoure la bande et chacune de ses deux faces parallèles à la bande est équipée de diffuseurs de gaz frais (5131). Le gaz réchauffé au contact de la bande est refroidi dans au moins une unité de refroidissement (514) dont chacune comporte une gaine (5141) assurant le captage du gaz chaud dans l'enceinte du four pour l'amener dans un dispositif d'échange constitué par un échangeur gaz / eau (5142). Une circulation d'eau froide entre des entrées et sorties (51421, 51422) abaisse la température du gaz qui, ainsi refroidi, retourne à l'ouïe d'aspiration du moto-ventilateur (511).
  • La figure 2b décrit schématiquement un refroidissement rapide par rouleaux refroidis : La bande d'acier (B) serpente entre une nappe inférieure (RI) et une nappe supérieure (RS) de plusieurs rouleaux disposés côte à côte et ayant des axes principaux parallèles, lesdits rouleaux étant refroidis par circulation d'eau sous faible pression. Au moins l'une des deux nappes est apte à se déplacer verticalement afin de régler l'imbrication des rouleaux et, par voie de conséquence, l'arc de contact de la bande avec la surface des rouleaux en vue de régler l'échange thermique entre les deux. Plus l'arc de contact est grand (au moyen d'un fort intervalle entre les nappes, c'est-à-dire une augmentation des écarts d'axes de rouleaux consécutifs), plus le refroidissement est intensifié, et vice-versa pour diminuer le refroidissement.
  • La figure 2c montre schématiquement le domaine de vitesse de refroidissement (VRef), entre 1 et 10000 °C/s, de procédés usuels de refroidissement de bande d'acier : un procédé à tubes refroidis (T), un procédé à jet de gaz (JG), un procédé à rouleaux refroidis (RR), un procédé à pulvérisation d'eau ou de mélange eau / gaz (PE) et enfin, pour le plus rapide, un procédé par trempe dans un bac d'eau (TE). Il est à noter que la régulation de refroidissement selon l'invention est avantageusement adaptée à la dynamique de chacun de ces procédés tout en portant solution aux problématiques précédemment soulevées.
  • La figure 3a montre un schéma de principe du dispositif selon l'invention en relation de la figure 2a à titre d'exemple, où un procédé de refroidissement par jet de gaz (soufflage) met en oeuvre une cellule de soufflage (51) sur la bande (B) en défilement continu. Comme décrit en en figure 2a, le gaz réchauffé est récupéré dans l'enceinte du four (5) et passe dans un échangeur thermique gaz/eau (5142) dont les entrées et sorties (51421 et 51422), côté eau (à refroidir), sont reliées à une unité de refroidissement sous vide (52) associée au dit échangeur (5142).
  • De façon plus générale, la figure 3a présente le dispositif de régulation de refroidissement selon l'invention, nécessaire pour un refroidissement forcé d'une bande d'acier (B) circulant en défilement continu dans une installation adaptée au recuit continu ou à une galvanisation continue au trempé, ledit dispositif comportant :
    • au moins un organe d'échange (51, 5142) assurant un transfert de chaleur de la bande d'acier à une eau de refroidissement et comprenant une sortie (51422) de l'eau de refroidissement ainsi réchauffée,
    • au moins une unité de refroidissement (52) constituée d'une enceinte étanche (521) reliée à la sortie (51422) de l'organe d'échange (5142) et équipée d'au moins une sortie (5211) sur un dispositif à effet Venturi tel qu'un éjecteur (522) à vapeur et dans laquelle l'eau de refroidissement est elle-même soumise à un refroidissement par vaporisation sous vide,
    • une sortie auxiliaire (5213) de l'enceinte étanche (521) reliée à une entrée (51421) de l'organe d'échange (51, 5142).
  • Dans ce cas de refroidissement par jets de gaz, le soufflage du gaz de refroidissement est assuré par des cellules de soufflage constituées de moto-ventilateur soufflant dans des chambres de diffusion placées de part et d'autre de la bande afin d'en refroidir les deux faces. Le gaz réchauffé au contact de la bande jusque vers 45°C - 180°C est aspiré par le ventilateur dans l'enceinte du four et passe dans un organe d'échange constitué d'un échangeur gaz / eau d'où il sort vers 30°C - 50°C avant d'être réinjecté par le ventilateur dans les chambres de diffusion. En général, le refroidissement est réalisé par plusieurs cellules placées l'une après l'autre le long du trajet de la bande. Le refroidissement de celle-ci est progressif entre la température maximum soit 600 à 800°C et la température usuelle de sur-vieillissement ou de galvanisation soit 300 à 500 °C. De manière avantageuse, le dispositif selon l'invention peut comporter plusieurs unités de refroidissement comportant chacune une cellule ou une batterie de plusieurs cellules de soufflage. Chaque unité pouvant être dimensionnée en vue d'étager la température de l'eau restituée à l'organe d'échange, par exemple de 30 à 10°C afin d'étager la température des gaz de refroidissement de la bande dans le sens de défilement de celle-ci. La plus forte température d'eau restituée se trouvant à l'amont de la section de refroidissement et la plus faible température à l'aval où la différence de température entre la bande et le gaz de refroidissement est la plus faible.
  • Dans une variante de ce premier mode de refroidissement, une première unité de refroidissement associée à un premier organe d'échange situé en amont du ventilateur agit comme décrit ci-dessus et une seconde unité de refroidissement associée à un second organe d'échange situé en aval du ventilateur assure fort bien, avec une eau glacée dont la température est comprise entre 5 et 10°C, le refroidissement du gaz entrant dans les chambres de diffusion.
  • Les mêmes principes peuvent être mis en oeuvre dans une installation de refroidissement de bande avec des rouleaux refroidis dans lesquels le contact de la surface de la bande avec la surface des rouleaux joue le rôle d'organe d'échange (51, 5142), étant mis en relation avec l'unité de refroidissement (52). Cette installation est en particulier bien adaptée à un étagement efficace des températures d'eau restituée.
  • L'organe d'échange (51, 5142) entre la bande et l'eau de refroidissement peut ainsi avantageusement être suivant le type de mode de réalisation un échangeur eau / eau ou gaz / eau et s'applique aux procédés de refroidissement progressifs de la bande comme le refroidissement par tubes refroidis ou par jets de gaz ou par rouleaux refroidis.
  • Enfin, le dispositif de régulation de refroidissement selon l'invention peut comprendre au moins un organe de condensation (523) de vapeur étant disposé en sortie de l'éjecteur (522) de l'enceinte étanche et adapté à réalimenter l'enceinte étanche (521) par appoint (5214) d'un niveau d'eau requis dans et, si nécessaire, adapté à rediriger un surplus de ladite eau vaporisée vers une canalisation externe (5233) de réutilisation ou de dissipation de vapeur, idéalement pour des besoins propres à l'usine ou de rejet vapeur.
  • Le dispositif de refroidissement peut être du type « barométrique », c'est-à-dire que l'enceinte mise sous vide partiel est reliée à l'organe d'échange par une colonne d'eau de hauteur, en règle générale, égale ou supérieure à onze mètres. Cette disposition est particulièrement bien adaptée aux sources d'échange de type bac de trempe dont un exemple d'application de l'invention sera présenté par la suite.
  • Il peut aussi être de type fermé, l'enceinte étanche mise sous vide partiel étant reliée à l'organe d'échange par un circuit fermé comportant une pompe de circulation. Cette disposition est particulièrement adaptée aux sources d'échange de type échangeur de chaleur.
  • De manière particulièrement avantageuse, la vapeur alimentant l'éjecteur est issue d'une chaudière de production de vapeur chauffée avec les gaz brûlés dans la partie de chauffage à flamme directe du four ou avec les fumées issues des tubes radiants (voir exemple selon figure 4). Dans les fours à brûleurs classiques, la quantité de vapeur ainsi produite est suffisante pour assurer à la fois les besoins de l'éjecteur et d'une section de dégraissage de bande. Dans le cas de brûleurs dits « régénératifs », l'augmentation du rendement de la combustion diminue la quantité de gaz brûlés et la capacité de production de vapeur peut se révéler insuffisante pour couvrir les seuls besoins du dégraissage mais reste suffisante pour l'alimentation des éjecteurs.
  • Ainsi, une chaleur de condensation de la vapeur sortant de l'éjecteur et une chaleur récupérée dans l'eau de refroidissement peuvent être facilement récupérées dans l'organe de condensation (523) fournissant de l'eau chaude à une température élevée, voisine de la température de vaporisation à une pression considérée.
  • L'organe de condensation de la vapeur issue de l'éjecteur peut être un échangeur dont le circuit d'échange avec la vapeur est alimenté en eau sous faible pression plus ou moins chaude récupérée sur l'installation, par exemple en provenance d'une section de dégraissage, et réchauffée dans l'échangeur à une température égale ou peu inférieure à la température de vaporisation à la pression considérée.
  • Il peut aussi être constitué par un échangeur à contact direct assurant un échange direct entre la vapeur issue de l'éjecteur et l'eau de refroidissement à réchauffer et restitue globalement une eau à une température peu inférieure à la température de vaporisation à une pression considérée.
  • De manière avantageuse, une partie de l'eau sortant de l'organe de condensation à une température (TVE3) peut être utilisée, après refroidissement éventuel, en tant qu'eau déminéralisée dans l'installation de recuit continu ou de galvanisation. Par exemple pour un nettoyage à haute pression des cylindres d'un laminoir « skin-pass » ou pour compenser les pertes d'eau déminéralisée par évaporation ou entrainement par la bande dans les bacs de dégraissage / rinçage.
  • Ledit dispositif selon l'invention est ainsi avantageusement adapté à la mise en oeuvre d'un procédé de régulation de refroidissement nécessaire pour un refroidissement forcé d'une bande d'acier (B) circulant en défilement continu dans une installation adaptée au recuit continu ou à une galvanisation continue au trempé,
    caractérisé en ce que une énergie de refroidissement est cédée à de l'eau réchauffée (ER) par la bande d'acier puis prélevée par vaporisation de ladite eau réchauffée (ER) à une pression inférieure (PER2) à la pression atmosphérique (P0) et enfin restituée par condensation à une température plus élevée (TVE2) après compression thermomécanique par un dispositif de type venturi alimenté en vapeur à une pression supérieure (PVE1) à la pression atmosphérique (P0) et comportant les étapes suivantes :
    • l'eau réchauffée (ER) par la bande est captée dans un organe d'échange (5142) à une première pression (PER1) voisine de la pression atmosphérique (P0) et une première température (TER1) sensiblement inférieure à la température de vaporisation de l'eau à la pression (PER1),
    • l'eau réchauffée (ER) depuis l'organe d'échange (5142) est introduite sous forme de jet dans une enceinte étanche (521) équipée d'au moins un éjecteur (522) en tant que dispositif de type venturi, le dit éjecteur étant annexement alimenté en vapeur d'eau (5221) à une pression entrante (PVE1) supérieure à la pression atmosphérique (P0),
    • l'éjecteur assure dans l'enceinte étariche (521) un vide partiel correspondant à une deuxième pression (PER2) inférieure à une pression de vaporisation de l'eau à la première température (TER1),
    • une eau refroidie est récupérée à une sortie (5213) de l'enceinte étanche (521) à une deuxième température (TER2) correspondant à une température de vaporisation de l'eau à la deuxième pression (PER2) pour être restituée à l'organe d'échange (5142).
  • Idéalement (mais non obligatoirement), le procédé prévoit qu'un circuit de refroidissement complémentaire peut être utilisé en sortie d'éjecteur, pour lequel :
    • une vapeur sortant de l'éjecteur (522) et ayant une énergie thermique liée à une énergie cinétique décroissante et augmentée de la fraction de chaleur issue d'eau de refroidissement obtenue par vaporisation, est obtenue à une pression sortante (PVE2) de l'éjecteur supérieure à la pression atmosphérique (P0),
    • ladite vapeur sort de l'éjecteur à une température sortante (TVE2) correspondant à une pression de vaporisation de l'eau à la pression sortante (PVE2) et alimente un organe de condensation (523) dont elle ressort à une température post-condensation (TVE3) inférieure à la température sortante (TVE2) de l'éjecteur et sous une pression de vaporisation de l'eau à une pression (PVE3) avoisinant la pression atmosphérique (P0),
    • l'organe de condensation (523) assure, à travers une paroi (= libre de contact direct), le réchauffage d'un circuit d'eau externe (5231, 5232) à une pression d'entrée externe (PE1) depuis une température d'entrée externe (TE1) inférieure à une température sortante (TE2) de vaporisation à la pression d'entrée externe (PE1) jusqu'à ladite température de sortie externe (TE2) correspondant à une température de vaporisation de l'eau à une pression de sortie externe (PE2), étant quasiment égale à la pression d'entrée externe (PE1) à des pertes de charge près.
  • Alternativement, un circuit de refroidissement complémentaire est utilisé en sortie d'éjecteur, pour lequel :
    • une vapeur sortant de l'éjecteur (522) et ayant une énergie thermique liée à une énergie cinétique décroissante et augmentée de la fraction de chaleur issue d'eau de refroidissement obtenue par vaporisation, est obtenue à une pression sortante (PVE2) supérieure à la pression atmosphérique (P0),
    • ladite vapeur sort de l'éjecteur à une température sortante (TVE2) correspondant à une pression de vaporisation de l'eau à la pression sortante (PVE2) et est mise en contact direct dans un échangeur (thermique) à contact direct par eau, la dite eau étant à une pression d'entrée externe (PE1) depuis une température d'entrée externe (TE1) inférieure à une température sortante (TE2) jusqu' à ladite température sortante (TE2) du mélange des deux fluides vapeur-eau apte à atteindre la température de vaporisation de l'eau à la pression d'entrée externe (PE1).
  • Avantageusement, le procédé selon l'invention permet que l'eau en sortie de l'organe de condensation (523) à la température post-condensation (TVE3) soit réintroduite en tant qu'appoint dans l'enceinte étanche (521) par une gaine (5214) et, si nécessaire, un surplus de ladite eau est redirigé vers une canalisation externe (5233) de réutilisation (si l'organe de condensation est un échangeur à contact direct) ou de dissipation de vapeur (si l'organe de condensation est un échangeur à paroi). Un refroidissement est ainsi efficacement réalisé en boucle à circulation/transfert dynamique de chaleur et présente aussi une possibilité de fournir un excès de chaleur ou d'énergie restante vers d'autres applications en nécessitant.
  • Enfin, en sortie de l'unité de refroidissement, l'eau refroidie récupérée à la sortie (5213) de l'enceinte étanche (521) est une eau dite glacée à la deuxième température (TER2) comprise entre 5 et 10°C. Celle-ci est simplement reconduite vers l'entrée (51421) de l'organe d'échange (5142), par exemple via une gaine (5215), en vue de refroidir efficacement le flux de circulation de gaz dans le cadre d'un refroidissement par soufflage de bande.
  • En résumé, l'invention selon figure 3a (et les figures suivantes) au vu du procédé et du dispositif pour sa mise en oeuvre permet ainsi très avantageusement une récupération dynamique d'énergie emmagasinée par l'eau utilisée pour le refroidissement forcé d'une bande d'acier circulant en défilement continu, cette même eau étant en effet réutilisée à des fins de refroidissement de l'organe d'échange (51, 5142).
  • En d'autres termes et plus précisément, le procédé selon l'invention et le dispositif pour sa mise en oeuvre présentent plusieurs avantages par rapport aux procédés existants :
    • Ils assurent une récupération efficace de l'énergie cédée par les bandes d'acier laminé lors de leur refroidissement dans les sections de refroidissement des fours de recuit continu ou de galvanisation et sa réutilisation immédiate avec un maximum d'efficacité. Il est ici à noter que le domaine d'énergie visé se situe au-delà du Mégawatt. Des récupérations d'énergie sont donc majeures et permettent entre autre une redistribution en boucle de refroidissement ou bien de délivrer au moins une part de cette énergie récupérée à d'autres points de consommation, telles que dans l'usine même. La protection de l'environnement est donc considérablement accrue.
    • Ils permettent d'abaisser la température de l'eau de refroidissement jusqu'à des valeurs inférieures à 10°C.
    • Ils permettent d'augmenter la vitesse de refroidissement des procédés utilisés sous atmosphère neutre ou réductrice et qui ne nécessitent pas de décapage subséquent.
  • Ils peuvent également être mis en oeuvre, dans le domaine de l'industrie métallurgique, partout où il s'agit de récupérer de l'eau de refroidissement, par exemple celle utilisée dans les rouleaux et parois refroidis de coulée continue de l'acier ou dans les murs et voutes refroidies des fours électriques de fusion.
  • Concernant le dispositif, de multiples avantages de réalisation sont possibles et donc approprié à un dispositif de refroidissement pour tout type d'une installation actuelle de recuit ou de galvanisation et de facto pour de tout type de bande, en ce que :
    • partie jusqu'à totalité d'eau sortant de l'organe de condensation (523) est ré-injectable, après refroidissement éventuel, dans un circuit d'eau déminéralisée utilisable par l'installation de recuit continu ou de galvanisation. L'eau en sortie de l'organe de condensation est ainsi avantageusement réintroduite, pour une part, en tant qu'appoint dans l'enceinte étanche (521) par la tubulure (5214) et, pour la part résiduelle et si besoin, dans une unité de production de vapeur de l'usine via la tubulure (5233) ;
    • l'organe de condensation (523) de la vapeur actionnant l'éjecteur peut être un simple échangeur à paroi ;
    • l'organe de condensation (523) de la vapeur actionnant l'éjecteur peut alternativement être un simple échangeur à contact direct ;
    • l'organe d'échange (51) entre la bande d'acier et l'eau de refroidissement peut être un simple échangeur gaz / eau ;
    • entre l'enceinte étanche (521) et l'organe d'échange (51, 5142), un circuit de circulation d'eau comprenant une tubulure de captage (5212) et d'une tubulure de retour (5215) constituant idéalement une colonne d'eau de hauteur égale ou supérieure à onze mètres peut être disposé.
    • entre l'enceinte étanche (521) et l'organe d'échange (51, 5142), un circuit de circulation d'eau constitué d'un circuit fermé comportant au moins une pompe de circulation peut être disposé pour y faciliter les transferts d'eau (par exemple en cas de nécessité de relevage) ;
  • La figure 3b décrit une variante du dispositif selon la figure 3a dans laquelle une première unité de refroidissement (52a) est associée à un premier organe d'échange (5142a) placé en amont du ventilateur (511) et alimenté en eau refroidie vers 30°C et une seconde unité de refroidissement (52b) est associée à un second organe d'échange (5142b) situé entre le ventilateur (511) et le caisson de soufflage (513) et alimenté en eau glacée de température inférieure ou égale à 10°C. Le refroidissement y est ainsi encore plus efficacement accentuable tout en ayant les mêmes propriétés de récupération d'énergie et autres avantages liés au dispositif selon figure 3a.
  • En d'autres termes et plus généralement, l'organe d'échange (51) peut comporter au moins deux échangeurs de chaleur (5142a, 5142b) disposés en série sur une voie de d'échange de chaleur entre la bande d'acier et l'eau de refroidissement, chacun des échangeurs étant reliés à une de deux unités de refroidissement (51a, 51b), les deux sorties d'éjecteurs (522a, 522b) de ces dernières unités de refroidissement étant couplées en parallèles.
    Dans le cas d'une simple unité de soufflage, le dispositif prévoit par exemple que :
    • l'organe d'échange (51) comprend au moins un ventilateur (511) alimentant par l'intermédiaire d'une gaine d'air (512) un caisson de soufflage (513) dans lequel transite la bande d'acier et alimenté par une gaine d'air (5141) captant l'ait chaud dans le caisson (513),
    • chacune des gaines d'air. (512, 513) est couplée à un des deux échangeurs de chaleur (5142a, 5142b).
  • La figure 4 décrit, à titre d'exemple et en rapport avec la figure 3a et 3b, le schéma général de circulation de fluides concernés par un dispositif de régulation de refroidissement selon l'invention dans une installation de recuit continu de bande (B). Le four de recuit (5) est équipé d'une unité de refroidissement d'eau (52) associée à une unité de refroidissement rapide de la bande selon un des procédés précédemment décrits et mentionnés en figure 2c. Le dispositif selon l'invention comprend également une unité de production de vapeur (53) obtenue par chauffage à l'aide de fumées captées en entrée de bande dans le four dans la zone de préchauffage par une gaine (531) de captage des fumées vers une chaudière (53). La vapeur ainsi produite dans la chaudière alimente l'éjecteur (522) de l'unité de refroidissement (52) par l'intermédiaire de la gaine (532). Comme décrit en figure 3a et 3b, l'eau réchauffée par la chaleur de bande est captée à un orifice d'aspiration (51422), refroidie dans l'enceinte étanche (521) et retournée à un orifice de refoulement (51421). La vapeur sortant de l'éjecteur (522) est, pour sa part, conduite au condenseur (523) d'où elle ressort en (5223) sous forme d'eau chaude qui retourne pour une part dans l'enceinte (521) en tant qu'appoint, vers la tubulure (533) de retour des condensats à la chaudière (53) et vers une sortie (5333=5233 selon figure 3a) apte à alimenter certains dispositifs de la ligne de traitement en eau déminéralisée, par exemple un laminoir de bande de type « skin-pass » ou des bacs de dégraissage / rinçage de bande. Le condenseur (523) reçoit de l'eau en (5231) et rejette de l'eau réchauffée en (5232). Sur cette figure, les nécessaires accessoires de pompage et de vannage n'ont pas été représentés pour des raisons de clarté.
  • En résumé, l'éjecteur comporte une entrée auxiliaire (5221) à son autre entrée en sortie (5211) de l'enceinte étanche (521) par laquelle l'éjecteur est efficacement alimenté par au moins partie jusqu'à totalité de la vapeur requise au moyen d'une chaudière de production (53) de vapeur chauffée avec des gaz brûlés (531) dans une partie de chauffage à flamme directe du four ou par des fumées de section à tubes radiants.
    Dans cet exemple de réalisation, une récupération de gaz brûlés ou de fumées, usuellement inutilisés, permet ici une réutilisation à des fins de refroidissement en boucle, d'où un gain énergétique considérable et des économies d'énergie conséquentes.
  • La figure 5 décrit le schéma de principe du dispositif selon l'invention adapté à un procédé de refroidissement progressif (comme à la figure 2a), par exemple par jet de gaz mettant en oeuvre quatre cellules de soufflage (51a, 51b, 51c, 51d) ayant chacun un de quatre échangeurs (ou organes d'échange) attitrés (5142a, 5142b, 5142c, 5142d) et étant successivement placées dans le sens inverse du défilement de la bande (B) et deux unités de refroidissement (52a, 52b) avec pour chacune une enceinte étanche. Les cellules (51) sont montées en parallèle deux à deux, soit les deux premières cellules (51a, 51b) associées à la première unité de refroidissement (52a) et les deux deuxièmes cellules (51c, 51d) associées à la deuxième unité de refroidissement (52b). L'eau refroidie par la deuxième unité de refroidissement (52b) est rejetée en sa sortie (5213b) à une première température de sortie (TER2b) d'enceinte étanche pour partie dans la batterie des deux premiers (selon le sens de la bande) échangeurs (5142c, 5142d) par la tubulure (51421d) et pour partie dans la première unité de refroidissement (52a) par une tubulure d'appoint (5214a). L'eau refroidie par la première unité de refroidissement (52a) est ensuite rejetée en sa sortie (5213a) à une deuxième température de sortie (TER2a) inférieure à la première température de sortie (TER2b) dans la batterie des deux derniers (selon le sens de la bande) échangeurs (5142a, 5142b) par une tubulure (51421b). Sur cette figure, les nécessaires accessoires de pompage et de vannage n'ont pas été représentés pour des raisons de clarté.
  • En résumé, il est donc possible de réaliser un dispositif à haute dynamique de refroidissement tel qu'au moins une unité de refroidissement (52a, 52b) est couplée à plusieurs organes d'échange (51a, 51b, 51c, 51d) de chaleur répartis dans le sens de défilement de la bande (B).
    Chaque organe d'échange ou groupe d'organes d'échange (5142a, 5142b) montés en parallèle peu ainsi être avantageusement équipé d'au moins deux unités de refroidissement montées en série.
  • La figure 6 décrit le schéma de principe du dispositif selon l'invention adapté à un refroidissement de bande par immersion dans un bac de trempe. La bande (B) plonge dans un bac d'eau de refroidissement (54) en s'enroulant sur deux rouleaux de guidage (541, 542). L'unité de refroidissement (52) selon l'invention est reliée au bac (54) par deux tubulures (5214, 5215) de hauteur (H) au dessus du niveau de l'eau contenue dans le bac, ainsi constituant une colonne d'eau d'au moins une fois la pression atmosphérique et autorisant la circulation de l'eau sans pompes du type « barométrique ».
  • Selon ce mode de réalisation, l'organe d'échange (51) entre la bande d'acier (B) et l'eau de refroidissement est donc par exemple un simple bac de refroidissement par trempe directe contenant de l'eau maintenue à une température de 30 à 50°C qui assure le refroidissement instantané de la bande par immersion. Cette situation existe dans le bac de trempe en fin de maintien à température de recuit et avant sur-vieillissement dans les fours de recuit continu ainsi que dans les bacs de refroidissement final en sortie de four des lignes de recuit continu ou de refroidissement final en sortie de pot de zinc dans les lignes de galvanisation.
  • Dans une variante de ce mode de réalisation, l'eau du bac de trempe finale d'une installation de recuit continu ou de galvanisation est maintenue à une température comprise entre 5 et 10°C et assure un refroidissement de la bande dit « en eau glacée »
  • Dans tous les cas de ce mode de réalisation, la mise sous vide partiel permet, entre autre, le dégazage de l'eau des bacs et l'élimination de l'oxygène dissous, ce qui réduit considérablement l'oxydation de la bande chaude.
  • Entre l'enceinte étanche (521) et l'organe d'échange (51) est ainsi disposé un circuit de circulation d'eau constitué d'un circuit fermé comportant, si nécessaire par exemple pour un relevage, au moins une pompe de circulation.
  • Les figures 7a, 7b illustrent des moyens de mise en série de dispositifs selon l'invention ou de certains de leurs éléments, afin de permettre une régulation plus efficace/dynamique du refroidissement.
  • La figure 7a décrit le raccordement de mise en série de deux éjecteurs aptes à équiper une enceinte étanche de refroidissement telle que celle décrite à partir de figure 3a, en ce que chaque unité de refroidissement (52) est équipée d'au moins deux éjecteurs (522a, 522b) montés en série.
  • Une sortie vapeur du premier éjecteur (522a) est directement disposée à une des entrées du second éjecteur (522b) pouvant être relié à un organe de condensation. Les deux éjecteurs sont par exemple alimentés communément en vapeur par une chaudière (5221). Les deux entrées finales et communes (5221) des éjecteurs sont reliées à la sortie de mise en vide partiel d'une enceinte étanche.
  • La figure 7b décrit (sur la base de l'exemple précédent selon figure 5) la mise en série de trois unités de refroidissement (52a, 52b, 52c) aptes à assurer une forte diminution de la température de l'eau de refroidissement en trois étapes successives pour un seul organe d'échange (51, 5142), côté bande à refroidir. Des tubulures (514a, 5214b) relient successivement une sortie « eau » enceinte à une entrée d'appoint « eau » voisine. Des vides partiels sont ainsi formés dans les enceintes, pour lesquelles chacune des sorties de leurs éjecteurs peuvent venir se relier sur une organe de condensation commun (523).
  • En résumé, plusieurs unités de refroidissement (52a, 52b, 52c) peuvent être couplées à un organe d'échange (51) en vue d'étager avantageusement une diminution de la température de l'eau de refroidissement.
    Au moins une de ces unités de refroidissement (52a, 52b, 52c) peut également être équipée d'au moins deux éjecteurs montés en série.

Claims (21)

  1. Procédé de régulation de refroidissement nécessaire pour un refroidissement forcé d'une bande d'acier (B) circulant en défilement continu dans une installation adaptée au recuit continu ou à une galvanisation continue au trempé,
    caractérisé en ce que une énergie de refroidissement est cédée à de l'eau réchauffée (ER) par la bande d'acier puis prélevée par vaporisation de ladite eau réchauffée (ER) à une pression inférieure (PER2) à la pression atmosphérique (P0) et enfin restituée par condensation à une température plus élevée (TVE2) après compression thermomécanique par un dispositif de type venturi alimenté en vapeur à une pression supérieure (PVE1) à la pression atmosphérique (P0) et comportant les étapes suivantes :
    • l'eau réchauffée (ER) par la bande est captée dans un organe d'échange (5142) à une première pression (PER1) voisine de la pression atmosphérique (P0) et une première température (TER1) sensiblement inférieure à la température de vaporisation de l'eau à la pression (PER1),
    • l'eau réchauffée (ER) depuis l'organe d'échange (5142) est introduite sous forme de jet dans une enceinte étanche (521) équipée d'au moins un éjecteur (522) en tant que dispositif de type venturi, le dit éjecteur étant annexement alimenté en vapeur d'eau (5221) à une pression entrante (PVE1) supérieure à la pression atmosphérique (P0),
    • l'éjecteur assure dans l'enceinte étanche (521) un vide partiel correspondant à une deuxième pression (PER2) inférieure à une pression de vaporisation de l'eau à la première température (TER1),
    • une eau refroidie est récupérée à une sortie (5213) de l'enceinte étanche (521) à une deuxième température (TER2) correspondant à une température de vaporisation de l'eau à la deuxième pression (PER2) pour être restituée à l'organe d'échange (5142).
  2. Procédé selon revendication 1, pour lequel un circuit de refroidissement complémentaire est utilisé en sortie d'éjecteur, pour lequel :
    • une vapeur sortant de l'éjecteur (522) et ayant une énergie thermique liée à une énergie cinétique décroissante et augmentée de la fraction de chaleur issue d'eau de refroidissement obtenue par vaporisation, est obtenue à une pression sortante (PVE2) de l'éjecteur supérieure à la pression atmosphérique (P0),
    • ladite vapeur sort de l'éjecteur à une température sortante (TVE2) correspondant à une pression de vaporisation de l'eau à la pression sortante (PVE2) et alimente un organe de condensation (523) dont elle ressort à une température post-condensation (TVE3) inférieure à la température sortante (TVE2) de l'éjecteur et sous une pression de vaporisation de l'eau à une pression avoisinant la pression atmosphérique (PVE3 = P0),
    • l'organe de condensation (523) assure, à travers une paroi, le réchauffage d'un circuit d'eau externe (5231, 5232) à une pression d'entrée externe (PE1) depuis une température d'entrée externe (TE1) inférieure à une température sortante (TE2) de vaporisation à la pression d'entrée externe (PE1) jusqu'à ladite température de sortie externe (TE2) correspondant à une température de vaporisation de l'eau à une pression de sortie externe (PE2).
  3. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce que un circuit de refroidissement complémentaire est utilisé en sortie d'éjecteur, pour lequel :
    • une vapeur sortant de l'éjecteur (522) et ayant une énergie thermique liée à une énergie cinétique décroissante et augmentée de la fraction de chaleur issue d'eau de refroidissement obtenue par vaporisation, est obtenue à une pression sortante (PVE2) supérieure à la pression atmosphérique (P0),
    • ladite vapeur sort de l'éjecteur à une température sortante (TVE2) correspondant à une pression de vaporisation de l'eau à la pression sortante (PVE2) et est mise en contact direct dans un échangeur (thermique) à contact direct par eau, la dite eau étant à une pression d'entrée externe (PE1) depuis une température d'entrée externe (TE1) inférieure à une température sortante (TE2) jusqu'à ladite température sortante (TE2) du mélange des deux fluides vapeur-eau apte à atteindre la température de vaporisation de l'eau à la pression d'entrée externe (PE1).
  4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en l'eau en sortie de l'organe de condensation (523) à la température post-condensation (TVE3) est réintroduite en tant qu'appoint dans l'enceinte étanche (521) par une gaine (5214) et, si nécessaire, un surplus de ladite eau est redirigé vers une canalisation externe (5233) de réutilisation ou de dissipation de vapeur.
  5. Procédé selon une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'en sortie de l'unité de refroidissement, l'eau refroidie récupérée à la sortie (5213) de l'enceinte étanche (521) est une eau dite glacée à la deuxième température (TER2) comprise entre 5 et 10°C.
  6. Dispositif de régulation de refroidissement nécessaire pour un refroidissement forcé d'une bande d'acier (B) circulant en défilement continu dans une installation adaptée au recuit continu ou à une galvanisation continue au trempé, caractérisé en ce qu'il comporte :
    • au moins un organe d'échange (51, 5142) assurant un transfert de chaleur de la bande d'acier à une eau de refroidissement et comprenant une sortie (51422) de l'eau de refroidissement ainsi réchauffée,
    • au moins une unité de refroidissement (52) constituée d'une enceinte étanche (521) reliée à la sortie (51422) de l'organe d'échange (5142) et équipée d'au moins une sortie (5211) sur un dispositif à effet Venturi tel qu'un éjecteur (522) à vapeur et dans laquelle l'eau de refroidissement est elle-même soumise à un refroidissement par vaporisation sous vide,
    • une sortie auxiliaire (5213) de l'enceinte étanche (521) reliée à une entrée (51421) de l'organe d'échange (51, 5142).
  7. Dispositif selon revendication 6, comprenant au moins un organe de condensation (523) de vapeur étant disposé en sortie de l'éjecteur (522) de l'enceinte étanche et adapté à réalimenter l'enceinte étanche (521) par appoint d'un niveau d'eau requis dans et, si nécessaire, adapté à rediriger un surplus de ladite eau vaporisée vers une canalisation externe (5233) de réutilisation ou de dissipation de vapeur.
  8. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-7, caractérisé en ce que l'éjecteur comporte une entrée auxiliaire (5221) à son autre entrée en sortie (5211) de l'enceinte étanche (521) par laquelle l'éjecteur est alimenté par au moins partie jusqu'à totalité de la vapeur requise au moyen d'une chaudière de production (53) de vapeur chauffée avec des gaz brûlés (531) dans une partie de chauffage à flamme directe du four ou par des fumées de section à tubes radiants.
  9. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-8, caractérisé en ce que plusieurs unités de refroidissement (52a, 52b, 52c) sont couplées à un organe d'échange (51) en vue d'étager une diminution de la température de l'eau de refroidissement.
  10. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-11, caractérisé en ce que au moins une unité de refroidissement (52a, 52b) est couplée à plusieurs organes d'échange (51a, 51b, 51c, 51d) de chaleur répartis dans le sens de défilement de la bande (B).
  11. Dispositif selon une des revendications précédentes 7-10, caractérisé en ce partie jusqu'à totalité d'eau sortant de l'organe de condensation (523) est ré-injectable, après refroidissement éventuel, dans un circuit d'eau déminéralisée utilisable par l'installation de recuit continu ou de galvanisation.
  12. Dispositif selon une des revendications précédentes 7-11, caractérisé en ce que l'organe de condensation (523) de la vapeur actionnant l'éjecteur est un échangeur à paroi.
  13. Dispositif selon une des revendications précédentes 7-11, caractérisé en ce que l'organe de condensation (523) de la vapeur actionnant l'éjecteur est un échangeur à contact direct.
  14. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-13, caractérisé en ce que chaque organe d'échange ou groupe d'organes d'échange (5142a, 5142b) montés en parallèle est équipé d'au moins deux unités de refroidissement montées en série.
  15. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-14, caractérisé en ce que chaque unité de refroidissement (52) est équipée d'au moins deux éjecteurs (522a, 522b) montés en série.
  16. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-15, caractérisé en ce que l'organe d'échange (51) entre la bande d'acier et l'eau de refroidissement est un échangeur gaz / eau.
  17. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-16, caractérisé en ce que l'organe d'échange (51) comporte au moins deux échangeurs de chaleur (5142a, 5142b) disposés en série sur une voie de d'échange de chaleur entre la bande d'acier et l'eau de refroidissement, chacun des échangeurs étant reliés à une de deux unités de refroidissement (51a, 51b), les deux sorties d'éjecteurs (522a, 522b) de ces dernières unités de refroidissement étant couplées en parallèles.
  18. Dispositif selon revendication 17, pour lequel :
    - l'organe d'échange (51) comprend au moins un ventilateur (511) alimentant par l'intermédiaire d'une gaine d'air (512) un caisson de soufflage (513) dans lequel transite la bande d'acier et alimenté par une gaine d'air (5141) captant l'ait chaud dans le caisson (513),
    - chacune des gaines d'air (512, 513) est couplée à un des deux échangeurs de chaleur (5142a, 5142b).
  19. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-18, caractérisé en ce que entre l'enceinte étanche (521) et l'organe d'échange (51, 5142) est disposé un circuit de circulation d'eau comprenant une tubulure de captage (5212) et d'une tubulure de retour (5215) constituant idéalement une colonne d'eau de hauteur égale ou supérieure à 11 mètres.
  20. Dispositif selon une des revendications précédentes 6-15 et 19, caractérisé en ce que l'organe d'échange (51) entre la bande d'acier et l'eau de refroidissement est un bac de refroidissement par trempe directe (54).
  21. Dispositif selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que entre l'enceinte étanche (521) et l'organe d'échange (51, 5142) est disposé un circuit de circulation d'eau constitué d'un circuit fermé comportant au moins une pompe de circulation.
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