EP3077554B1 - Procede et installation de traitement thermique en continu d'une bande d'acier - Google Patents

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EP3077554B1
EP3077554B1 EP14815057.6A EP14815057A EP3077554B1 EP 3077554 B1 EP3077554 B1 EP 3077554B1 EP 14815057 A EP14815057 A EP 14815057A EP 3077554 B1 EP3077554 B1 EP 3077554B1
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Definitions

  • the invention relates to annealing furnaces on continuous heat treatment lines for metal strips, mainly steel sheets, with annealing cycles using cooling slopes.
  • This process is particularly suitable for dip galvanizing lines or for combined annealing and dip galvanizing lines.
  • the method and the corresponding installation, according to the invention make it possible to carry out thermal treatment cycles comprising wet rapid cooling, capable of producing new steels, without requiring stripping of the strip after heat treatment.
  • the current lines of continuous annealing of metal strips are composed of successive chambers in which the strip is first heated, then maintained in temperature for a variable time and finally cooled to substantially the ambient temperature to be able to be marketed or undergo further processing.
  • Other combinations of these holding and cooling heating sequences can be performed for more complex processing cycles.
  • the lines following the state of the art, after completion of a metallurgical annealing, are often used to make a metal coating on the surface of the strip to increase its resistance to corrosion.
  • This treatment is generally carried out continuously, by dipping in a bath of molten metal, for example zinc to galvanize the strip, able to increase the corrosion resistance of the final product, for example automobile bodies .
  • Another type of treatment is aluminizing or any other method of coating the strip with a metal alloy.
  • Such a continuous annealing line is disclosed in EP 2 103 715 A1 .
  • the automotive market seeks to achieve increasingly lightweight bodies while maintaining or increasing their mechanical strength in case of shock to ensure the protection of their occupants. This concern led to two main processes of elaboration, one during treatment thermal annealing of the strip, the other during the stamping of the sheet to achieve, for example a body part of a vehicle.
  • the new thermal treatment processes for example for the production of steels called “martensitic” or “THLE” steels (Very High Elastic Limit), are based on an extremely rapid cooling of the steel after the heating and maintenance phases.
  • temperature for example with cooling rates above 200 ° C / sec, typically above 500 ° C / sec, and sometimes as high as 1000 ° C / sec or higher.
  • These cooling slopes can not be reached with the conventional cooling techniques by projection of a cooling gas on the band whose maximum cooling slopes are close to 200 ° C / sec. It is then necessary to implement water-quench type cooling by water spraying or by spraying a mixture of gas and water on the strip to achieve these cooling slopes.
  • the strip After completion of the metallurgical annealing, the cooling and the chemical reduction treatment of the oxides, the strip is reheated to a temperature of about 460 ° C - 470 ° C to be galvanized by dipping in a line according to the state of art or galvanized on an electrogalvanizing line, for certain applications, if its surface condition prohibits the galvanizing dipping.
  • the succession of heating and cooling, in particular rapid cooling with large slopes creates longitudinal and transverse stresses in the band that can cause permanent deformations on the surface of the band, deformations such as folds or more or less significant undulations. These deformations or folds can cause surface defects on the web by contact of the web with furnace equipment, for example cooling boxes, and cause the disposal of the finished product.
  • the proposed invention makes it possible to produce the very high yield strength steels expected by automobile manufacturers with a continuous process comprising rapid wet cooling; this process does not require the cooling of the strip to temperatures below 200 ° C for the reduction of the oxides at temperatures below 100 ° C but allows the continuous galvanizing on the same line and at the same speed what is the annealing.
  • This process eliminates the energy losses of the current techniques provided by this cooling up to strip temperatures below 200 ° C for a band of 1 mm thickness to perform stripping of the strip, allows continuous operation without recovery intermediate and ensures the metal coating of the band with the level of quality brought by the current dipping metal coating techniques.
  • the temperature at the end of cooling may be 460 ° C. if cooling is the last stage of the treatment cycle before the coating of the strip by a zinc deposit according to the state of the art. This temperature will be close to 200 ° C if the heat treatment requires it for the realization of additional processing phases that are performed after the rapid cooling section.
  • the pickling liquid sprayed onto the strip is an acidic solution with a pH of less than 5, in particular a solution of formic or boric acid or similar product.
  • the liquid sprayed onto the strip may comprise additives such as, especially surfactants or wetting agents, for example perfluorononanoate, in particular acid inhibitors, in particular benzotriazole or tetrazole.
  • additives such as, especially surfactants or wetting agents, for example perfluorononanoate, in particular acid inhibitors, in particular benzotriazole or tetrazole.
  • the liquid feeds the nozzles which project it on the strip under a pressure lower than 1 bar for low pressure processes and under a pressure greater than 5 bar for high pressure processes and at a distance of the band between 40 and 250. mm.
  • the heating zones situated upstream of the rapid cooling zone may be in a weak reducing atmosphere, in particular with a hydrogen content of less than 5%, or in air, so that the formation of oxides is facilitated, the layer of oxides improving the efficiency of the heat exchanges in the heating chamber or chambers, and these formed oxides being then removed by the projection of the cooling fluid, in order to reach the quantities of residual oxides compatible with the process or the quality of the desired product.
  • control system of the parameters of the reduction process in particular the projection of the fluid on the strip in order to reach the amounts of residual oxides compatible with the desired process or product quality.
  • the coolant-cooled bandwidth can be adjusted according to the speed of the line or the characteristics of the band or inlet and outlet temperatures of the strip, in particular for the adjustment of the cooling slope depending on the process or the thermal cycle to be performed. This results in a significant advantage, which is the flexibility of the cooling rate (slow - fast - ultra fast) as well as the flexibility of the outlet temperature, two important points of the heat treatment cycles carried out by and for the steelmakers: a unique system allows to produce all kinds of current steels and not only the new ones.
  • the cooling fluid is projected by nozzles on the strip, and the method is characterized by adapting the cooling parameters of the strip by adjusting the amounts of liquid injected on the strip by each nozzle and for each section of the strip. nozzle width to achieve a theoretical cooling curve depending on the metallurgical process to achieve.
  • the method may include implementing an algorithm for calculating the risk of crease formation on the surface of the web to adjust the longitudinal and transverse cooling slopes.
  • an algorithm for calculating the risk of crease formation on the surface of the web to adjust the longitudinal and transverse cooling slopes.
  • reference may be made to the patent EP 10702917.5 published under no EP 2376662 , of the applicant company.
  • the treatment zones located upstream of the rapid cooling zone may be in a little or no reducing atmosphere, in particular with a hydrogen content of less than 5%, or in air to favor the formation of oxides on the strip during heating, the reduction of these oxides being carried out by the projection of the cooling fluid, in order to achieve the amounts of residual oxides compatible with the desired process or product quality.
  • the line comprises at least one air separation chamber at the inlet and / or outlet of the cooling chamber to isolate this chamber, constituting a wet zone, the upstream and downstream chambers being in a dry atmosphere.
  • the control of the projection nozzles can be ensured by a checker-type control algorithm making it possible to control the cooling of the band section present in the cooling zone in a direction parallel to the axis of the strip and a direction perpendicular to the strip. the axis of the band to reduce the appearance of deformations on the surface of the band. while realizing the homogeneous metallurgical structure expected after the heat treatment of the strip.
  • a checker-type control algorithm making it possible to control the cooling of the band section present in the cooling zone in a direction parallel to the axis of the strip and a direction perpendicular to the strip. the axis of the band to reduce the appearance of deformations on the surface of the band. while realizing the homogeneous metallurgical structure expected after the heat treatment of the strip.
  • EP 00 403 318.9 published under no EP 1108795 , relating to chilled gas jet cooling checkerboard.
  • the line is equipped with a rinsing zone of the strip at the outlet of the rapid cooling zone.
  • the line can be equipped with air slats, atmosphere or liquid at the wet cooling outlet in order to limit the liquid entrainment by the strip.
  • Each airlock can include a gas suction device in the airlock.
  • the method and the installation according to the invention make it possible to carry out slow, fast or ultra-fast cooling in a line, continuously, without oxidizing the strip and without polluting the upstream and downstream chambers of the line and without causing significant permanent deformation. on the surface of the band.
  • the line according to the method which is the subject of the present invention comprises a rapid cooling zone capable of producing fast cooling slopes, typically above 500 ° C. or possibly exceeding 1000 ° C./secured according to the state of the art. for example according to the process described in the patent FR 2 809 418 or the patent FR 2 940 978 .
  • the pure or demineralized water used in the context of this process according to the state of the art is replaced for example by a mixture of pure or demineralized water and one or more acid (s) or a combination of acids. and additives such as, for example, the inhibitors which will reduce the oxides formed by the spraying of fluids on the strip to implement a method of etching and / or prevention of the oxidation of the strip.
  • additives are not mandatory because residual organic acids and compounds are destroyed by the temperature of the zinc bath.
  • Inhibiting agents may however be used to limit the action of the acid following the attack of the oxides and protect the support metal.
  • Fig. 1 presents a line of annealing - vertical galvanization according to the state of the art. It is understood that the same method can be realized in a horizontal line.
  • the steel strip 1 successively passes through a preheating chamber 2 and then a heating chamber 3 on sets of rollers 4.
  • the strip then passes through the chamber 5, which corresponds to a slow cooling, the chamber 6 corresponding to a cooling conventional or rapid by throwing gas on the strip from cooling boxes 7, and the chamber 8 which is a holding chamber.
  • the strip is fed through a sheath under atmosphere 9 and immersed at one of its ends in a bath of zinc or molten metals 11 via a roll 10.
  • the rapid cooling chambers by spraying liquid on the strip are isolated from the upstream and downstream chambers of the furnace by air separation chambers.
  • this sealing is reinforced to prevent the escape of vapors, for example water and acid present in the rapid cooling chamber, in particular by the use of airlock 14, 17 ( Fig.2 ) as described in FR 2 903122 or comparable technologies.
  • the function of these chambers is to separate the atmosphere from the humid cooling chamber of the upstream and downstream chambers and to limit the passage of atmosphere containing vapors of acids or chemical compounds used for the reduction of the oxides present on the surface.
  • Atmosphere withdrawals 13, 16 ( Fig. 2 ) allow to evacuate the acid vapors to a reprocessing system outside the cooling zone.
  • the line implementing the method according to the invention is equipped with a treatment circuit (not shown) of the coolant of the known type for cooling, the separation of the chemicals formed by the reduction of oxides as well as that possible foreign bodies but also specific equipment (not shown) for the control of the composition of the coolant, in particular the pH value as a function of the state of the band and its oxidation level to the entry of the cooling zone.
  • the wet rapid cooling zone with acidic or corrosive solutions is made of materials resistant to these chemical compounds, in the liquid phase or in the vapor phase, in particular stainless steels or synthetic materials for the supply and return piping of the products. cooling.
  • Rapid cooling such as those used in the invention cause significant constraints that can go as far as causing permanent deformations on the surface of the product, these deformations being unacceptable for the production of products of commercial quality.
  • the part of the band present in the cooling zone is partitioned ( Fig. 3 ) by the calculation according to the height of the strip and its width, each of the boxes thus obtained is the subject of a determination of the stresses in the material caused by the cooling to verify that these stresses are below the permissible limit by the material.
  • EP 1994188 / WO 2007 096502 on behalf of the applicant company.
  • the result of this calculation is delivered to the computer (not shown) of the line to modulate the cooling parameters such as the speed of the cooling gas and the amount of water or liquid sprayed onto the strip.
  • each part of the strip is the subject of a cooling optimization calculation in order to meet the metallurgical objectives without causing permanent deformation on the surface of the strip.
  • Fig. 2 has a vertical galvanizing line according to the invention. The upstream and downstream chambers of the rapid cooling zone 6 are unchanged, compared to Fig. 1 .
  • the rapid cooling zone 6 is isolated from the upstream 5 and downstream 8 chambers by locks 14 and 16 according to known technologies, in particular according to FR 2 809 418 with a gas withdrawal 13 and 15 to ensure the absence of communication between the atmospheres of the wet cooling chamber 6 and the upstream and downstream chambers.
  • a communication tunnel 17 between the upstream 5 and downstream 8 chambers of the rapid cooling chamber 6 makes it possible to avoid atmospheric communications between these chambers in the case where there is a pressure difference between the chambers 5 and 8.
  • the rapid cooling of the strip 1 is obtained by spraying a liquid on the strip, a combination of liquid projection by a series of nozzles (not visible) and atmosphere by an independent series of nozzles or by the creation a mixture of atmosphere and liquid by a series of combined nozzles.
  • This equipment is represented by the boxes 12 arranged along the strip on a vertical strand, the strip preferably traveling vertically up and down so that the gravity flow of the cooling liquid can be effected towards the temperatures of the coldest bands.
  • Each of the cooling methods listed above are equipped with means of regulating their efficiency which make it possible to control the heat exchange coefficient with the strip as a function of its temperature, of the type of cooling curve to be produced in order to obtain the structure metallurgical desired and avoid the formation of surface defects such as folds or corrugations.
  • Fig. 3 presents the principle of operation of this system of control of the cooling of the band. It is seen in front of the part of the band 1 present in the rapid cooling zone 6 with the upper roller 18 and lower 19. On this strip section, a part denoted L corresponds to the zone of the cooling boxes. This length L is divided vertically into a plurality of segments L1, L2 ... L7 in this example and horizontally in three parts for the operator side O, for the center C and for the motor side M. This gives the zones L4O, L4C and L4M.
  • each zone may have a dimension different from the other zones to correspond to the arrangement of the cooling boxes, singularities such as in particular the presence of stabilizing rollers, or to allow a fineness of greater control, especially in areas where the risk of wrinkling or rippling on the surface of the strip is significant.
  • the cooling means are designed to correspond to the zone cutting of the cooled portion of the strip, in particular with control valves controlled by the line control system to adjust the pressure or the flow rate of the fluid as a function of the coefficient. exchange to obtain.
  • the line control system comprises a set of algorithms for calculating the stresses induced in the web material as a function of the desired cooling, for example to pass a temperature band from 850 ° C to 470 ° C in about 1 hour. , 5 seconds, and will optimize the cooling curve to limit stresses in the band during this cooling.
  • Temperature measuring means may be used upstream or downstream of the cooling zone by the furnace control system in order, in particular, to compensate for a level or an existing temperature profile at the inlet of the furnace. cooling zone or, by a measurement at the exit of this cooling zone, modify the instructions of the actuators to obtain the required effect.
  • the effectiveness of pickling and reduction of the oxides obtained by the implementation of the process is taken into account. It becomes possible to leave the heating zones, corresponding to chambers 3 and 5, with less sophisticated atmospheres, for example with a lower hydrogen content typically less than 5%, and therefore less reducing, possibly even under air.
  • the surface oxidation of the band obtained during the heating is facilitated in these less reducing atmospheres, and has the effect of increasing the emissivity coefficient of the band which increases the efficiency of the radiative heating and reduces the size and the cost of the facilities.
  • Such a line will be more compact and therefore with an investment cost and a lower operating cost while allowing the realization of improved steel compared to the state of the art.

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Description

  • L'invention concerne les fours de recuit sur les lignes continues de traitement thermique pour bandes métalliques, principalement de tôles d'aciers, avec des cycles de recuit mettant en oeuvre des pentes de refroidissement.
  • Ce procédé est particulièrement adapté aux lignes de de galvanisation au trempé ou aux lignes combinées de recuit et de galvanisation au trempé.
  • Le procédé et l'installation correspondante, selon l'invention, permettent de réaliser des cycles de traitement thermiques comprenant des refroidissements rapides humides, à même de produire des aciers nouveaux, ceci sans nécessiter de décapage de la bande après traitement thermique.
  • Les lignes actuelles de recuit continu de bandes métalliques, principalement d'acier, sont composées de chambres successives dans lesquelles la bande est d'abord chauffée, ensuite maintenue en température pendant un temps variable et enfin refroidie jusqu'à pratiquement la température ambiante pour pouvoir être commercialisée ou subir un traitement ultérieur. D'autres combinaisons de ces séquences de chauffage de maintien et de refroidissement peuvent être réalisées pour des cycles de traitement plus complexes.
  • Les lignes suivant l'état de l'art, après réalisation d'un recuit métallurgique, sont souvent utilisées pour réaliser un revêtement métallique à la surface de la bande pour augmenter sa résistance à la corrosion. Ce traitement s'effectue généralement en continu, au trempé dans un bain de métal en fusion, par exemple du zinc pour réaliser une galvanisation de la bande, à même d'augmenter la résistance à la corrosion du produit final, par exemple des carrosseries automobile. Comme autre type de traitement on peut citer l'aluminiage ou tout autre procédé de revêtement de la bande avec un alliage métallique. Une telle ligne de recuit continu est divulguée dans EP 2 103 715 A1 .
  • Le marché automobile cherche à réaliser des carrosseries de plus en plus légères tout en maintenant ou en augmentant leur résistance mécanique en cas de choc pour assurer la protection de leurs occupants. Cette préoccupation a débouché sur deux procédés principaux d'élaboration, l'un durant le traitement thermique de recuit de la bande, l'autre durant l'emboutissage de la tôle pour réaliser, par exemple un élément de la carrosserie d'un véhicule.
  • Les nouveaux procédés de traitement thermiques, par exemple pour l'élaboration des aciers appelés « martensitiques » ou aciers « THLE » (Très Haute Limite Elastique), reposent sur un refroidissement extrêmement rapide de l'acier après les phases de chauffage et de maintien en température, par exemple avec des vitesses de refroidissement supérieures à 200°C/sec, typiquement au-delà de 500°C/sec, et parfois pouvant atteindre ou dépasser 1000°C/sec. Ces pentes de refroidissement ne peuvent être atteintes avec les techniques conventionnelles de refroidissement par projection d'un gaz de refroidissement sur la bande dont les pentes de refroidissement maximum sont voisines de 200°C/sec. Il faut alors mettre en oeuvre des refroidissements de type trempe à l'eau par pulvérisation d'eau ou par pulvérisation d'un mélange de gaz et d'eau sur la bande pour réaliser ces pentes de refroidissement. On constate alors que même en utilisant de l'eau traitée pour réaliser ce refroidissement, il se produit toujours des dépôts d'oxydes en surface de la bande qui entraînent la formation de défauts lors du revêtement métallique au trempé qui peuvent rendre le produit impropre à son utilisation par les clients actuels. La technique suivant l'état de l'art est donc, après réalisation du cycle rapide de traitement thermique de la bande comprenant un refroidissement humide, de refroidir le métal jusqu'à une température proche de la température ambiante pour réaliser un traitement chimique de réduction des oxydes à des températures inférieures à environ 100°C qui est considérée comme une limite actuelle de température pour réaliser ce traitement. En effet, les acides utilisés pour réaliser la réduction des oxydes présents à la surface de la bande sont très agressifs et on cherche à ne pas former de vapeurs qui puissent se dégager dans la halle de fabrication et qui puissent attaquer les équipements périphériques ou créer des conditions de travail inacceptables pour le personnel d'exploitation.
  • Après réalisation du recuit métallurgique, du refroidissement et du traitement chimique de réduction des oxydes, la bande est à nouveau réchauffée jusqu'à une température d'environ 460°C - 470°C pour être galvanisée au trempé dans une ligne suivant l'état de l'art ou galvanisée sur une ligne d'électrozingage, pour certaines applications, si son état de surface interdit la galvanisation au trempé.
  • La succession de chauffages et de refroidissements, en particulier les refroidissements rapides avec des pentes importantes crée des contraintes longitudinales et transversales dans la bande qui peuvent provoquer des déformations permanentes à la surface de la bande, déformations telles que plis ou ondulations plus ou moins importants. Ces déformations ou plis peuvent provoquer des défauts de surface sur la bande par contact de la bande avec des équipements du four, par exemple des caissons de refroidissement, et causer la mise au rebut du produit fini.
  • On comprend que la nécessité de réduire les oxydes formés par le refroidissement rapide humide, nécessaire à l'obtention des caractéristiques mécaniques souhaitées pour le produit, entraîne une perte d'énergie importante car il est nécessaire de refroidir la bande jusqu'à la température ambiante pour la traiter chimiquement et ensuite la réchauffer jusqu'à 460°C pour la galvaniser au trempé (revêtement de zinc, aluminium ou d'autres alliages) ou de passer la bande sur une autre ligne de procédé en cas d'électrozingage.
  • Il est donc impossible pour ce type de traitement de réaliser l'ensemble des opérations de recuit, décapage et de galvanisation en continu sur une ligne unique car il faut refroidir la bande, la traiter chimiquement à froid et ensuite la reprendre pour la galvanisation. Ces opérations intermédiaires rendent le traitement global de l'acier plus long et plus coûteux notamment en énergie.
  • Une autre solution pour obtenir les caractéristiques mécaniques souhaitées sur les bandes a été développée par les sidérurgistes. Elle consiste à réaliser un traitement thermique complet, proche des cycles actuels, qui comprend successivement les opérations de recuit et de galvanisation, pour ensuite emboutir ces tôles à chaud, à des températures voisines de 900°C sur des presses spéciales avec leurs matrices maintenues en température durant toute la durée de l'opération de formage de la pièce. Avec ce procédé, les opérations de recuit et de galvanisation peuvent s'effectuer avec des outils suivant l'état de l'art mais par contre les équipements d'emboutissage sont très complexes et nécessitent le réchauffage de la tôle ce qui est également gourmand en énergie.
  • L'invention proposée permet de réaliser les aciers à très haute limite élastique attendus par les constructeurs automobiles avec un procédé continu comprenant des refroidissements rapides humides ; ce procédé ne nécessite pas de refroidissement de la bande jusqu'à des températures inférieures à 200°C pour la réduction des oxydes à des températures inférieures à 100°C mais permet de réaliser la galvanisation en continu sur la même ligne et à la même vitesse qu'est réalisé le recuit. Ce procédé supprime les pertes d'énergie des techniques actuelles apportées par ce refroidissement jusqu'à des températures de bande inférieures à 200°C pour une bande de 1 mm d'épaisseur pour réaliser le décapage de la bande, permet un fonctionnement continu sans reprise intermédiaire et assure le revêtement métallique de la bande avec le niveau de qualité apporté par les techniques de revêtement métallique au trempé actuelles.
  • L'invention propose un procédé de traitement thermique en continu d'une bande d'acier selon lequel:
    • la bande traverse des chambres successives de traitement thermique,
    • un refroidissement rapide de la bande, en particulier supérieur à 200°C/sec, est effectué dans l'une au moins des chambres par projection sur la bande de liquide, ou projection d'un fluide composé de gaz et de liquide ou projection d'une combinaison de gaz et de liquide de type brouillard,
    • et, après le refroidissement rapide, une couche métallique protectrice est déposée sur la bande au trempé,
    caractérisé en ce que :
    • le fluide projeté pour le refroidissement rapide est un fluide à propriété décapante à l'égard des oxydes de fer ou d' autres éléments d'alliages contenus dans l'acier à traiter, pour limiter l'oxydation de la bande et réduire les oxydes ayant pu se former sur la bande, pour réduire ou annuler les défauts de surface lors de l'opération de revêtement métallique au trempé,
    • le fluide est projeté sous une pression et à une distance de la bande telles que l'effet combiné de la propriété décapante et de l'action mécanique du fluide projeté réduit la couche d'oxydes à la surface de la bande,
    • et en ce que la température de la bande en fin de refroidissement rapide est supérieure à 200°C et est celle nécessaire pour réaliser le cycle de traitement souhaité, en particulier comprise entre 200°C et 750°C.
  • La température en fin de refroidissement peut être de 460°C si le refroidissement est la dernière étape du cycle de traitement avant le revêtement de la bande par un dépôt de zinc suivant l'état de l'art. Cette température sera voisine de 200°C si le traitement thermique l'exige pour la réalisation de phases de traitement supplémentaires qui sont réalisées après la section de refroidissement rapide.
  • De préférence, le liquide à propriété décapante projeté sur la bande est une solution acide de pH inférieur à 5, en particulier une solution d'acide formique ou borique ou produit similaire.
  • Le liquide projeté sur la bande peut comprendre des additifs tels que, notamment des tensioactifs ou agents mouillants, par exemple le perfluorononanoate en particulier des inhibiteurs de d'acide, notamment le benzotriazole ou le tétrazole.
  • Avantageusement, le liquide alimente les buses qui le projettent sur la bande sous une pression inférieure à 1 bar pour les procédés basses pressions et sous une pression supérieure à 5 bars pour les procédés hautes pressions et à une distance de la bande comprise entre 40 et 250 mm.
  • Les zones de chauffage situées en amont de la zone de refroidissement rapide peuvent être sous atmosphère peu réductrice, en particulier avec un taux d'hydrogène inférieur à 5%, ou sous air, de sorte que la formation d'oxydes est facilitée, la couche d' oxydes améliorant l'efficacité des échanges thermiques dans la ou les chambres de chauffage, et ces oxydes formés étant ensuite éliminés par la projection du fluide de refroidissement, afin d'atteindre les quantités d'oxydes résiduels compatibles avec le procédé ou la qualité du produit recherchés.
  • On prévoit avantageusement la mise en oeuvre d'un système de contrôle des paramètres du procédé de réduction, en particulier la projection du fluide sur la bande afin d'atteindre les quantités d'oxydes résiduels compatibles avec le procédé ou la qualité du produit recherchés.
  • La hauteur de bande refroidie par le fluide de refroidissement peut être ajustée en fonction de la vitesse de la ligne ou des caractéristiques de la bande ou des températures d'entrée et de sortie de la bande, en particulier pour l'ajustement de la pente de refroidissement en fonction du procédé ou du cycle thermique à réaliser. Il en résulte un avantage important qui est la flexibilité du taux de refroidissement (lent - rapide - ultra rapide) ainsi que la flexibilité de la température de sortie, deux points importants des cycles de traitement thermiques réalisés par et pour les sidérurgistes : un système unique permet de produire toutes sortes d'aciers actuels et pas seulement les nouveaux.
  • Le fluide de refroidissement est projeté par des buses sur la bande, et le procédé est caractérisé par l'adaptation des paramètres du refroidissement de la bande par l'ajustement des quantités de liquide injecté sur la bande par chaque buse et pour chaque section de la largeur de buse afin de réaliser une courbe théorique de refroidissement en fonction du procédé métallurgique à réaliser.
  • Le procédé peut comprendre la mise en oeuvre d'un algorithme de calcul du risque de formation de plis à la surface de la bande pour ajuster les pentes de refroidissement longitudinales et transversales. A ce sujet, il peut être fait référence au brevet EP 10702917.5 publié sous n° EP 2376662 , de la société déposante.
  • L'invention est également relative à une ligne continue de traitement thermique d'une bande d'acier, pour la mise en oeuvre du procédé défini précédemment, comportant :
    • des chambres successives de traitement thermique traversées par la bande,
    • l'une au moins des chambres comportant des moyens de refroidissement rapide, en particulier supérieur à 200°C/sec, ces moyens de refroidissement comprenant des buses pour une projection sur la bande de liquide, ou une projection de fluide composé de gaz et de liquide ou une projection d'une combinaison de gaz et de liquide de type brouillard,
    • et, à la suite des chambres, un équipement pour déposer sur la bande une couche métallique protectrice, en particulier un équipement de revêtement métallique au trempé,
    cette ligne étant caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'alimentation des buses de projection en un liquide à propriété décapante à l'égard des oxydes de fer ou d'autres éléments d'alliage contenus dans l'acier à traiter ayant pu se former sur la bande, lesdites buses étant aptes à projeter une solution acide de pH inférieur à 5,
    et en ce que la pression d'alimentation des buses, et la distance des buses à la bande sont chacune suffisantes indépendamment l'une de l'autre pour que l'effet combiné de la propriété décapante et de l'action mécanique du liquide projeté élimine la couche d'oxydes de fer ou d'autres éléments d'alliage contenus dans l'acier à traiter qui a pu se former sur la bande, en conservant une température de bande, en fin de refroidissement rapide, supérieure à 200°C.
  • Les zones de traitement situées en amont de la zone de refroidissement rapide peuvent se trouver sous atmosphère peu ou pas réductrice, en particulier avec un taux d'hydrogène inférieur à 5%, ou sous air pour privilégier la formation d'oxydes sur la bande durant le chauffage, la réduction de ces oxydes étant réalisée par la projection du fluide de refroidissement, afin d'atteindre les quantités d'oxydes résiduels compatibles avec le procédé ou la qualité du produit recherchés.
  • Avantageusement, la ligne comprend au moins un sas de séparation d'atmosphère en entrée et/ou sortie de la chambre de refroidissement pour isoler cette chambre, constituant une zone humide, les chambres amont et aval étant sous atmosphère sèche.
  • La commande des buses de projection peut être assurée par un algorithme de pilotage de type damier permettant de contrôler le refroidissement de la section de bande présente dans la zone de refroidissement suivant une direction parallèle à l'axe de la bande et une direction perpendiculaire à l'axe de la bande afin de réduire l'apparition de déformations à la surface de la bande. tout en réalisant la structure métallurgique homogène attendue à l'issue du traitement thermique de la bande. A ce sujet, il peut être fait référence au brevet de la société déposante EP 00 403 318.9 publié sous n° EP 1108795 , relatif à un refroidissement par jets de gaz fractionnés en damier.
  • Avantageusement, la ligne est équipée d'une zone de rinçage de la bande en sortie de la zone de refroidissement rapide.
  • La ligne peut être équipée de lames d'air, d'atmosphère ou de liquide en sortie de refroidissement humide afin de limiter l'entraînement de liquide par la bande.
  • Chaque sas d'isolation peut comporter un dispositif d'aspiration du gaz dans le sas.
  • Le procédé et l'installation selon l'invention permettent de réaliser les refroidissements lents, rapides ou ultra rapides dans une ligne, en continu, sans oxyder la bande et sans polluer les chambres amont et aval de la ligne et sans provoquer de déformation permanente importante à la surface de la bande.
  • La ligne suivant le procédé objet de la présente invention comprend une zone de refroidissement rapide capable de produire des pentes de refroidissements rapides, typiquement au-delà de 500°C ou pouvant dépasser 1000°C/sec réalisés suivant l'état de l'art, par exemple suivant le procédé décrit dans le brevet FR 2 809 418 ou le brevet FR 2 940 978 . L'eau pure ou déminéralisée utilisée dans le cadre de ce procédé suivant l'état de l'art est remplacée par exemple par un mélange d'eau pure ou déminéralisée et d'un ou plusieurs acide(s) ou une combinaison d'acides et d'additifs tels que, par exemple les inhibiteurs qui vont réduire les oxydes formés par la pulvérisation de fluides sur la bande pour mettre en oeuvre un procédé de décapage et/ou de prévention de l'oxydation de la bande.
  • La présence d'additifs n'est pas obligatoire car les acides et composés organiques résiduels sont détruits par la température du bain de zinc. Des agents inhibiteurs peuvent cependant être utilisés pour limiter l'action de l'acide suite à l'attaque des oxydes et protéger le métal support.
  • Par ce procédé, la présence d'oxydes à la surface de la bande a été fortement réduite ou annulée ce qui permet de réaliser le revêtement métallique de la bande au trempé sur la même installation lors du même process, ceci sans générer de défaut de revêtement avec les niveaux de qualité actuels. Par ce procédé, le refroidissement de la bande, suivant l'état de l'art pour permettre son décapage à basse température, et son réchauffage, depuis la température ambiante ou proche de la température ambiante pour le revêtement, ne sont plus nécessaires. Le procédé de recuit et de galvanisation est continu. L'importante perte d'énergie du procédé suivant l'état de l'art est supprimée car les reprises pour réaliser les différentes opérations sur différents équipements ne sont plus nécessaires. La réalisation du revêtement métallique par galvanisation au trempé suivant les techniques actuelles permet de conserver les niveaux de qualité attendus par l'industrie aval, ce qui n'était pas le cas avec l'électrozingage.
  • L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
    • Fig. 1 est une vue schématique d'une ligne continue, selon l'état de l'art, pour le traitement thermique d'une bande d'acier.
    • Fig. 2 est une vue semblable à Fig.1 d'une ligne continue, selon l'invention, pour le traitement thermique d'une bande d'acier.
    • Fig.3 est une vue de face d'une partie verticale de la bande d'acier avec des zones de type damier pour une commande des buses de projection assurée par un algorithme de pilotage, et
    • Fig.4 est une représentation graphique de différentes courbes de refroidissement de la bande, le temps étant porté en abscisse et la température de bande en ordonnée.
  • Fig. 1 présente une ligne de recuit - galvanisation verticale suivant l'état de l'art. On comprend que le même procédé peut être réalisé dans une ligne horizontale.
  • La bande d'acier 1 traverse successivement une chambre de préchauffage 2 puis de chauffage 3 sur des ensembles de rouleaux 4. Sur cet exemple, la bande traverse ensuite la chambre 5 qui correspond à un refroidissement lent, la chambre 6 qui correspond à un refroidissement classique ou rapide par jets de gaz sur la bande à partir de caissons de refroidissements 7, et la chambre 8 qui est une chambre de maintien. La bande est amenée par une gaine sous atmosphère 9 et immergée à une de ses extrémités dans un bain de zinc ou de métaux en fusion 11 via un rouleau 10.
  • Les chambres de refroidissement rapide par pulvérisation de liquide sur la bande sont isolées des chambres amont et aval du four par des sas de séparation d'atmosphère. Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, cette étanchéité est renforcée afin d'éviter la sortie de vapeurs, par exemple d'eau et d'acide présentes dans la chambre de refroidissement rapide, en particulier par l'utilisation de sas 14, 17 (Fig.2) tels que décrits dans FR 2 903122 ou de technologies comparables. La fonction de ces sas est de séparer l'atmosphère de la chambre de refroidissement humide des chambres amont et aval et de limiter le passage d'atmosphère contenant des vapeurs d'acides ou de composés chimiques utilisés pour la réduction des oxydes présents à la surface de la bande. Des soutirages d'atmosphère 13, 16 (Fig. 2) permettent d'évacuer les vapeurs d'acides vers un système de retraitement extérieur à la zone de refroidissement.
  • On comprend également que la ligne mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention est équipée d'un circuit de traitement (non représenté) du liquide de refroidissement du type connu pour le refroidissement, la séparation des produits chimiques formés par la réduction des oxydes ainsi que des éventuels corps étrangers mais également d'équipements spécifiques (non représentés) pour le contrôle de la composition du liquide de refroidissement, notamment de la valeur du pH en fonction de l'état de la bande et de son niveau d'oxydation à l'entrée de la zone de refroidissement.
  • La zone de refroidissement rapide humide avec présence de solutions acides ou corrosives est réalisée en matériaux résistant à ces composés chimiques, en phase liquide ou en phase vapeur, notamment des aciers inoxydables ou des matières synthétiques pour les tuyauteries d'alimentation et de retour des produits de refroidissement.
  • Les refroidissements rapides tels que ceux mis en oeuvre dans l'invention provoquent des contraintes importantes qui peuvent aller jusqu'à provoquer les déformations permanentes à la surface du produit, ces déformations pouvant être rédhibitoires pour la production de produits de qualité commerciale.
  • Selon l'invention, la partie de la bande présente dans la zone de refroidissement est partitionnée (Fig. 3) par le calcul suivant la hauteur de la bande et sa largeur, chacune des cases ainsi obtenue fait l'objet d'une détermination des contraintes dans la matière causées par le refroidissement afin de vérifier que ces contraintes sont au-dessous de la limite admissible par le matériau. A ce sujet, il peut être fait référence à EP 1994188 / WO 2007 096502 , au nom de la société déposante. Le résultat de ce calcul est délivré au calculateur (non représenté) de la ligne afin de moduler les paramètres du refroidissement tels que la vitesse du gaz de refroidissement et la quantité d'eau ou de liquide projeté sur la bande. Par ce moyen, chaque partie de la bande fait l'objet d'un calcul d'optimisation du refroidissement afin de respecter les objectifs métallurgiques sans provoquer de déformation permanente à la surface de la bande.
    Fig. 2 présente une ligne de galvanisation verticale selon l'invention. Les chambres amont et aval de la zone de refroidissement rapide 6 sont inchangées, par rapport à Fig. 1.
  • La zone de refroidissement rapide 6 est isolée des chambres amont 5 et aval 8 par des sas 14 et 16 suivant des technologies connues, en particulier selon FR 2 809 418 avec un soutirage de gaz 13 et 15 destiné à garantir l'absence de communication entre les atmosphères de la chambre de refroidissement humide 6 et les chambres amont et aval.
  • Un tunnel de communication 17 entre les chambres amont 5 et aval 8 de la chambre de refroidissement rapide 6 permet d'éviter les communications d'atmosphères entre ces chambres dans le cas où il existe une différence de pression entre les chambres 5 et 8.
  • Le refroidissement rapide de la bande 1 est obtenu par projection d'un liquide sur la bande, d'une combinaison de projection de liquide par une série de buses (non visibles) et d'atmosphère par une série indépendante de buses ou par la création d'un mélange d'atmosphère et de liquide par une série de buses combinées. Ces équipements sont représentés par les caissons 12 disposés le long de la bande sur un brin vertical, la bande défilant de façon préférentielle verticalement de haut en bas de façon à ce que l'écoulement gravitaire du liquide de refroidissement puisse s'effectuer vers les températures de bandes les plus froides.
  • Chacun des procédés de refroidissement listés ci-dessus sont équipés de moyens de régulation de leur efficacité qui permettent de contrôler le coefficient d'échange de chaleur avec la bande en fonction de sa température, du type de courbe de refroidissement à réaliser pour obtenir la structure métallurgique souhaitée et éviter la formation de défauts de surface tels que plis ou ondulations.
  • Fig. 3 présente le principe de fonctionnement de ce système de contrôle du refroidissement de la bande. On voit en vue de face la partie de la bande 1 présente dans la zone de refroidissement rapide 6 avec le rouleau supérieur 18 et inférieur 19. Sur ce tronçon de bande, une partie notée L correspond à la zone des caissons de refroidissement. Cette longueur L est divisée verticalement en une pluralité de segments L1, L2... L7 sur cet exemple et horizontalement suivant trois parties pour le côté Opérateurs O, pour le Centre C et pour le côté Moteur M. Ceci donne sur cet exemple les zones L4O, L4C et L4M. Le nombre de zones horizontales et verticales n'est pas limité, chaque zone peut avoir une dimension différente des autre zones pour correspondre à la disposition des caissons de refroidissement, des singularités telles que notamment la présence de rouleaux stabilisateurs, ou pour permettre une finesse de contrôle plus importante, notamment dans les zones où le risque de formation de plis ou d'ondulation sur la surface de la bande est important.
  • Les moyens de refroidissement sont conçus de façon à correspondre au découpage par zones de la partie refroidie de la bande, notamment avec des vannes de régulation pilotées par le système de contrôle de la ligne pour ajuster la pression ou le débit du fluide en fonction du coefficient d'échange à obtenir.
  • Le système de contrôle de la ligne comprend un ensemble d'algorithmes de calcul des contraintes induites dans le matériau de la bande en fonction du refroidissement souhaité, par exemple pour passer une bande de la température de 850°C à 470°C en environ 1,5 secondes, et va optimiser la courbe de refroidissement pour limiter les contraintes dans la bande lors de ce refroidissement.
  • Fig.4 présente ce type de refroidissement entre 850°C et 470°C durant un temps t :
    • La courbe C1 montre des pentes de refroidissement faibles pour les températures hautes voisines de 850°C et des pentes plus importantes pour les températures voisines de 470°C,
    • La courbe C2 montre une pente de refroidissement linéaire entre la température de départ 850°C et celle d'arrivée 450°C, Note : ou moins si le cycle thermique le rend nécessaire.
    • La courbe C3 présente des pentes de refroidissement plus importantes pour les températures les plus hautes voisines de 850°C et des pentes plus faibles au voisinage de 470°C.
    La courbe de refroidissement longitudinale peut ainsi être optimisée pour piloter les actionneurs, et les buses de projection de liquide, équipant les zones L1 à L7 pour obtenir le résultat final sans provoquer de défauts de surface sur la bande.
    De même, le profil transversal de température de la bande, par exemple en entrée de four ou en entrée de section de refroidissement, peut être intégré dans le calcul afin de piloter les actionneurs et les buses des zones transversales pour compenser un profil préexistant ou créer volontairement un profil de température souhaité sur la bande.
  • Des moyens de mesure de température (non représentés) peuvent être utilisés en amont ou en aval de la zone de refroidissement par le système de contrôle du four afin, notamment, de compenser un niveau ou un profil de température existant à l'entrée de la zone de refroidissement ou, par une mesure à la sortie de cette zone de refroidissement, modifier les consignes des actionneurs pour obtenir l'effet requis.
  • Selon une variante de mise en oeuvre de l'invention, on prend en compte l'efficacité du décapage et de la réduction des oxydes obtenus grâce à la mise en oeuvre du procédé. Il devient possible de laisser les zones de chauffage, correspondant aux chambres 3 et 5, avec des atmosphères moins élaborées, par exemple avec un taux d'hydrogène plus réduit typiquement inférieur à 5 %, donc moins réductrices, éventuellement même sous air. L'oxydation de surface de la bande obtenue durant le chauffage est facilitée dans ces atmosphères moins réductrices, et a pour effet d'augmenter le coefficient d'émissivité de la bande ce qui augmente l'efficacité du chauffage radiatif et permet de réduire la taille et le coût des installations. Une telle ligne sera plus compacte et donc avec un coût d'investissement et un coût d'exploitation plus faible tout en permettant la réalisation d'acier améliorés par rapport à l'état de l'art.

Claims (15)

  1. Procédé de traitement thermique en continu d'une bande d'acier selon lequel :
    - la bande traverse des chambres successives de traitement thermique,
    - un refroidissement rapide de la bande, en particulier supérieur à 200 °C/sec, est effectué dans l'une au moins des chambres par projection sur la bande de liquide, ou projection d'un fluide composé de gaz et de liquide ou projection d'une combinaison de gaz et de liquide de type brouillard,
    - et, après le refroidissement rapide, une couche métallique protectrice est déposée sur la bande au trempé,
    caractérisé en ce que :
    - le fluide projeté pour le refroidissement rapide de la bande est un fluide à propriété décapante à l'égard des oxydes de fer ou d'autres éléments d'alliages contenus dans l'acier à traiter, pour limiter l'oxydation de la bande et réduire les oxydes ayant pu se former sur la bande pour réduire ou annuler les défauts de surface lors de l'opération de revêtement métallique au trempé,
    - le fluide est projeté sous une pression et à une distance de la bande telles que l'effet combiné de la propriété décapante et de l'action mécanique du fluide projeté réduit la couche d'oxydes à la surface de la bande,
    - et en ce que la température de la bande en fin de refroidissement rapide est supérieure à 200 °C et est celle nécessaire pour réaliser le cycle de traitement souhaité, en particulier comprise entre 200 et 750 °C.
  2. Procédé selon la revendication 1, comportant une mise en oeuvre d'un système de contrôle des paramètres du procédé de réduction, en particulier la projection du fluide sur la bande, afin d'atteindre les quantités d'oxydes résiduels compatibles avec le procédé ou la qualité du produit recherchés.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le fluide de refroidissement est projeté par des buses sur la bande, comportant une adaptation des paramètres du refroidissement de la bande par l'ajustement des quantités de liquide injecté sur la bande par chaque buse et pour chaque section de la largeur de buse afin de réaliser une courbe théorique de refroidissement en fonction du procédé métallurgique à réaliser.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liquide à propriété décapante projeté sur la bande est une solution acide de pH inférieur à 5, en particulier une solution d'acide formique ou borique.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liquide projeté sur la bande comprend des additifs, notamment des tensioactifs ou des agents mouillants en particulier des inhibiteurs de corrosion, notamment le benzotriazole.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liquide est projeté sous une pression inférieure à 1 bar pour les procédés basses pressions et à une distance de la bande comprise entre 40 et 250 mm.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le liquide est projeté sous une pression supérieure à 5 bars pour les procédés hautes pressions et à une distance de la bande comprise entre 40 et 250 mm.
  8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les zones de chauffage situées en amont de la zone de refroidissement rapide sont sous atmosphère peu réductrice avec un taux d'hydrogène inférieur à 5 % ou sous air, de sorte que la formation d'oxydes est facilitée, la couche d'oxydes améliorant l'efficacité des échanges thermiques dans la ou les chambres de chauffage, et ces oxydes formés étant ensuite réduits par la projection du fluide de refroidissement afin d'atteindre les quantités d'oxydes résiduels compatibles avec le procédé ou la qualité du produit recherchés.
  9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la hauteur de bande refroidie par le fluide de refroidissement est ajustée en fonction de la vitesse de la ligne ou des caractéristiques de la bande ou des températures d'entrée et de sortie de la bande.
  10. Procédé selon la revendication 2 ou 3, comportant une mise en oeuvre d'un algorithme de calcul du risque de formation de plis à la surface de la bande pour ajuster les pentes de refroidissement longitudinales et transversales.
  11. Ligne continue de traitement thermique d'une bande d'acier, pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, comportant :
    - des chambres successives de traitement thermique traversées par la bande,
    - l'une au moins des chambres comportant des moyens de refroidissement rapide, en particulier supérieur à 200 °C/sec, ces moyens de refroidissement comprenant des buses pour une projection sur la bande de liquide, ou une projection de fluide composé de gaz et de liquide ou d'une projection d'une combinaison de gaz et de liquide de type brouillard,
    - et, à la suite des chambres, un équipement pour déposer sur la bande une couche métallique protectrice, en particulier un équipement de revêtement métallique au trempé,
    caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'alimentation des buses de projection en un liquide à propriété décapante à l'égard des oxydes de fer ou d'autres éléments d'alliages contenus dans l'acier à traiter, ayant pu se former sur la bande, lesdites buses étant aptes à projeter une solution acide de pH inférieur à 5,
    et en ce que la pression d'alimentation des buses, et la distance des buses à la bande sont chacune suffisante indépendamment l'une de l'autre pour que l'effet combiné de la propriété décapante et de l'action mécanique du liquide projeté élimine la couche d'oxydes de fer ou d'autres éléments d'alliages contenus dans l'acier à traiter, qui a pu se former sur la bande, en conservant une température de bande, en fin de refroidissement rapide, supérieure à 200 °C.
  12. Ligne suivant la revendication précédente, dans laquelle les zones de traitements situées en amont de la zone de refroidissement rapide se trouvent sous atmosphère peu ou pas réductrice, en particulier avec un taux d'hydrogène inférieur à 5 %, ou sous air pour privilégier la formation d'oxydes à la surface de la bande durant le chauffage, la réduction de ces oxydes étant réalisée par la projection du fluide de refroidissement afin d'atteindre les quantités d'oxydes résiduels compatibles avec le procédé ou la qualité du produit recherchés.
  13. Ligne selon la revendication 11 ou 12, comprenant au moins un sas de séparation d'atmosphère (14, 16) en entrée et sortie de la chambre de refroidissement (6) pour isoler cette chambre qui constitue une zone humide, les chambres amont (5) et aval (8) étant sous atmosphère sèche.
  14. Ligne selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans laquelle la commande des buses de projection du fluide de refroidissement est assurée par un algorithme de pilotage de type damier permettant de contrôler le refroidissement de la section de bande présente dans cette zone de refroidissement suivant une direction parallèle à l'axe de la bande et une direction perpendiculaire à l'axe de la bande afin de réduire l'apparition de déformations à la surface de la bande.
  15. Ligne selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, comprenant une zone de rinçage et séchage de la bande en sortie de la zone de refroidissement rapide.
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