EP3398696B1 - Procédé et équipement de refroidissement - Google Patents

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EP3398696B1
EP3398696B1 EP18159076.1A EP18159076A EP3398696B1 EP 3398696 B1 EP3398696 B1 EP 3398696B1 EP 18159076 A EP18159076 A EP 18159076A EP 3398696 B1 EP3398696 B1 EP 3398696B1
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EP
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ingot
cooling
spray
plate
ramps
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Vincent Duhoux
Bruno Magnin
Daniel BELLOT
José ROCHE
Pierre AUCOUTURIER
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Constellium Neuf Brisach SAS
Original Assignee
Constellium Neuf Brisach SAS
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to the field of rolling plates or trays made of aluminum alloys.
  • the invention relates to a particularly rapid, homogeneous and reproducible cooling process for the plate between the homogenization and hot rolling operations.
  • DE 198 23 790 A1 discloses a method according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to the installation or equipment allowing the implementation of said method.
  • the transformation of the aluminum alloy rolling plates resulting from the casting requires, before hot rolling, a metallurgical homogenization heat treatment.
  • This heat treatment is carried out at a temperature close to the solvus of the alloy, higher than the hot rolling temperature.
  • the difference between the homogenization temperature and the hot rolling temperature is between 30 and 150 ° C, depending on the alloys.
  • the plate must therefore be cooled between its exit from the homogenization furnace and its hot rolling. For reasons either of productivity or of metallurgical structure, in particular to avoid certain surface defects on the finished sheet, it is very desirable to be able to cool the plate quickly between its exit from the homogenization furnace and the hot rolling mill. .
  • This desired plate cooling rate is between 150 and 500 ° C / h.
  • the air cooling is particularly slow: the air cooling speed of a 600 mm plate thickness is included between 40 ° C / h in still air or under natural convection, and 100 ° C / h in ventilated air or forced convection.
  • Cooling by means of a liquid or a mist is much faster because the value of the exchange coefficient, known to those skilled in the art under the name HTC (Heat Transfer Coefficient), between a liquid or a mist and the hot surface of the metal plate is clearly greater than the value of this same coefficient between the air and the plate.
  • HTC Heat Transfer Coefficient
  • the liquid chosen alone or in the mist is for example water and, in this case, ideally deionized water.
  • the HTC coefficient is between 2000 and 20,000 W / (m 2 .K) between water and the hot plate while it is between 10 and 30 W / (m 2 .K) between air and hot platter.
  • Thermal heterogeneity is a major handicap in cooling using a liquid or a mist. It poses a problem not only for the following process, that is to say the hot rolling, but it is also potentially harmful for the final quality of the product, namely the aluminum alloy sold in the form of coils or high sheets. mechanical characteristics.
  • the subject of the invention is a process for cooling a rolling plate made of aluminum alloy with typical dimensions of 250 to 800 mm in thickness, 1000 to 2000 mm in width and 2000 to 8000 mm in length according to claim 1.
  • thermal difference is understood to mean the maximum difference between temperatures recorded over the entire volume of the plate, or else DTmax.
  • the cooling is carried out in at least two phases: A first spraying phase during which the plate is cooled in an enclosure comprising ramps of nozzles or nozzles for spraying liquid or cooling mist under pressure, distributed in the upper and lower parts of said cell, so as to spray the two large faces, upper and lower of said plate,
  • this time is about 30 min for a total cooling of the order of 150 ° C from substantially 500 ° C, and a few minutes for a cooling of the order of 30 ° C.
  • the spraying and thermal uniformization phases are repeated, in the case of very thick plates and for an overall average cooling greater than 80 ° C.
  • the coolant including in a mist, is water, and preferably deionized water.
  • the head and the foot of the plate that is typically the 300 to 600 mm at the ends, are less cooled than the rest of the plate, so as to maintain a hot head and foot, a configuration favorable to the plate engagement during reversible hot rolling.
  • the cooling of the head and of the foot can be modulated either by starting or switching off the nozzle ramps or spray nozzles, or by the presence of screens preventing or reducing the spraying by said nozzles or nozzles.
  • the phases of spraying, and no thermal uniformization can be repeated, and the head and the foot of the plate, typically 300 to 600 mm at the ends, cooled differently than the rest of the plate at least in one spray cells.
  • the first spraying pass is carried out with a zero heel, that is to say a continuous watering of the plate as in figure 14 , followed, without a first phase of thermal uniformization, by a second spraying pass with a heel of a couple of ramps as in figure 12 , thus making it possible to significantly reduce the duration of the final uniformization phase necessary for the thermal balancing of the plate.
  • the longitudinal thermal uniformity of the plate is improved by a relative movement of the plate with respect to the sprinkling system: scrolling or back and forth of the plate facing a fixed sprinkling system or vice versa, displacement of the nozzles or nozzles relative to the plate.
  • the plate scrolls horizontally in the spray cell and its scroll speed is greater than or equal to 20 mm / s, ie 1.2 m / min.
  • the transverse thermal uniformity of the plate is ensured by modulating the sprinkling across the width of the plate by switching on / off nozzles or nozzles, or screening said sprinkling.
  • the subject of the invention is also an installation for carrying out the method as above, comprising a spray cell provided with ramps of nozzles or spray nozzles for liquid or pressurized cooling mist arranged in upper parts and bottom of said cell, so as to spray the two large faces, upper and lower of said plate,
  • a uniformization tunnel with calm air coming out of the spray cell in a tunnel with interior walls and the roof in an internally reflective material, allowing thermal uniformization of the plate by diffusion of heat in said plate, the heart by warming the surfaces.
  • the pairs of upper and lower nozzle ramps are placed substantially facing each other, so that the upper and lower spray lengths are substantially equal and facing each other.
  • the spraying length is controlled so as to promote the lateral evacuation of the liquid or mist sprayed on the upper face, by guiding it towards the banks of the plate where it is evacuated in the form of a cascade without touching the small faces of the plate thus allowing a very homogeneous cooling in temperature in the longitudinal and transverse directions of the plate.
  • the liquid alone or contained in the cooling mist it can be recovered, typically in a container located under the installation, recycled and thermally controlled.
  • the entire installation, spray cell and uniformization tunnel is controlled by a thermal model coded on a PLC, the thermal model determining the settings of the installation as a function of the temperature estimated by thermal measurement at the start of the spray cell and depending on the target outlet temperature, in general the temperature at the start of hot rolling.
  • the Figure 19 illustrates the thermal field of a 600 mm thick AA6016 type alloy plate cooled by about 50 ° C in one pass in the sprinkler machine set with a sprinkler head of a single boom at the ends of the table, in accordance with figure 13 . This adjustment results in a very uniform thermal field with slightly hotter ends, which is favorable for rolling.
  • the invention essentially consists of a cooling process using a cooling liquid or mist for a plate or a rolling plate of aluminum alloy, from 30 to 150 ° C in a few minutes, that is to say at an average cooling rate of between 150 and 500 ° C / hour.
  • the plate is cooled in an enclosure comprising nozzles or nozzles for spraying liquid or mist cooling under pressure, typically water and preferably deionized.
  • the nozzles or nozzles are distributed in the upper and lower parts of said cell, so as to spray the two large faces, upper and lower, of the plate.
  • the option of a step-by-step process makes it possible to limit the risks of hot spots linked to the contacts between the plate and its support, generally made up of cylindrical or conical rollers.
  • the average cooling of the tray ( ⁇ Tmoy tray) is controlled by the sprinkling time seen by each section of the tray.
  • the plate is thermally very heterogeneous in its thickness, due to a high Biot number value.
  • the spraying phase is therefore designed to limit thermal heterogeneities in the three directions of the plate.
  • the invention makes it possible in particular to control the thermal profiles in the transverse direction and in the long direction of the plate, which is very appreciable since possible thermal gradients along these two large dimensions would be difficult to absorb in a short time.
  • the thermal uniformization phase of the plate follows: After sprinkling, the plate is kept for a few minutes in a configuration of low heat exchange with its environment. These thermal conditions allow the thermal uniformization of the tray, in a few minutes for cooling of less than 30 ° C and in approximately 30 minutes maximum for cooling of 150 ° C. This phase is essential to achieve the required thermal uniformity specifications. It makes it possible to achieve a thermal difference DTmax of less than 40 ° C on a large plate.
  • the invention can also be adapted to high absolute values of cooling.
  • the average cooling of the desired plate is typically greater than 80 ° C, it is possible to cycle several times all of the “spraying” and “uniformization” phases, reducing at each “spraying-uniformization” cycle the average temperature of a very thick tray.
  • the method thus described ensures rapid and controlled cooling of a thick plate, in particular a rolling plate, made of aluminum alloy. It is also robust and avoids the known risks of local over-cooling.
  • the machine, or cooling installation itself consists of at least one spray cell, typically horizontal to the parade, on the one hand and, on the other hand, of at least one thermal uniformization tunnel.
  • the spray cell allows the implementation of phase 1 of the process described above.
  • the spray cell is made up of ramps fitted with nozzles or nozzles for pressurized distribution of the liquid or cooling mist.
  • the spraying machine can advantageously, for reasons of economy in particular, operate in a closed cycle, for example with a collecting basin placed under the spraying machine.
  • the travel speed of the plate is greater than or equal to 20 mm / s, ie 1.2 m / min.
  • the tray On leaving the spray cell, the tray is transferred, for example using automatic trolleys, into one or more uniformization tunnel (s).
  • the objective of the tunnel is to reduce as much as possible the heat transfers between the plate and the air, which is favorable to a better thermal uniformization of the plate. This thermal uniformization takes place by diffusion of heat in the plate, the core heating the surfaces of the plate.
  • the standardization tunnel consists of vertical walls and a roof in an ideally reflective material on the inside of the tunnel.
  • the machine or cooling installation made up of the spray cell and the standardization tunnel is controlled by a thermal model coded on the machine's PLC.
  • the thermal model determines the machine settings as a function of the temperature at the start of the spray cell, or inlet temperature, and as a function of the target outlet temperature, in general the rolling temperature.
  • Example 1 Uniform cooling of 40 ° C of an alloy plate of the AA3104 type.
  • the figure 5 illustrates the cooling of 40 ° C of an alloy plate of the AA3104 type according to the designations defined by the “Aluminum Association” in the “Registration Record Series” that it publishes regularly.
  • the thickness of the top is 600 mm, its width is 1850 mm and its length is 4100 mm.
  • the tray comes out of the homogenization oven at 600 ° C.
  • the plate cooling process is the one-pass process, described in figure 1 .
  • the surface spraying flow rate is 500 1 / (min.m 2 ) on the two large sides of the plate.
  • the spray heel is set to ramp torque, as described in figure 12 .
  • the tray is dry and transferred in 30 s to a uniformization tunnel for a period determined by the thermal model encoded in the automaton, here 300 s, ie 5 minutes.
  • the plate is transferred to the hot rolling mill, with a thermal uniformity better than 40 ° C on the complete plate.
  • the surface temperature of the tray drops to around 320 ° C, while the core of the tray remains almost isothermal during the spraying phase. Then, by diffusion of heat between the heart and the surface, the heart gives up heat to the surface, the plate becomes thermally uniform.
  • the thermal difference in the plate (DTmax) is maximum at the end of the spraying phase, its value is approximately 280 ° C for this configuration. It is rapidly reduced as soon as the spraying of the tray ceases: in 6 minutes of waiting (transfer then standardization in the tunnel), the thermal difference DTmax is reduced to less than 40 ° C.
  • Example 2 Uniform cooling of 135 ° C of an alloy plate of the AA6016 type.
  • the figure 6 illustrates the 135 ° C cooling of an AA6016 type alloy pan.
  • the thickness of the top is 600 mm, its width is 1850 mm and its length is 4100 mm.
  • the tray comes out of the homogenization oven at 530 ° C.
  • the platen cooling process is the two-pass process, described in figure 2 .
  • each point of the tray outside the ends (head and foot) undergoes watering for 51 seconds.
  • the surface spraying flow rate is 800 1 / (min.m 2 ) on the two large sides of the plate.
  • the watering heel is set to a ramp, as described in figure 13 .
  • the tray is transferred in 60 s to the second sprinkler cell without passing, in this example, through the optional intermediate standardization tunnel.
  • the plate then undergoes a second watering, identical to the first: each point of the plate excluding the ends is subjected to watering for 51 seconds, at a surface flow rate of 800 1 / (min.m 2 ).
  • the tray On leaving the second spray cell, the tray is transferred to the uniformization tunnel in 30 seconds. The plateau waits several minutes in the standardization tunnel. At the end, the plate is transferred to the hot rolling mill, with a thermal uniformity better than 40 ° C on the complete plate.
  • the surface temperature of the tray drops to about 60 ° C.
  • the heart of the tray remains almost isothermal during the first spraying phase and then cools down during the second spraying phase. Then, by diffusion of heat between the heart and the surface, the heart gives up heat to the surface, the plate becomes thermally uniform.
  • the thermal difference in the plate (DTmax) is maximum at the end of each of the spraying phases, its value is approximately 470 ° C for this configuration. It is rapidly reduced as soon as the spraying of the tray ceases: the thermal difference DTmax of the tray is 55 ° C after 13 minutes of waiting in the tunnel and becomes less than 40 ° C after 23 minutes spent in the tunnel.
  • Example 3 Uniform cooling of 125 ° C of an alloy plate of the AA6016 type.
  • the thickness of the top is 600 mm, its width is 1850 mm and its length is 4100 mm.
  • the tray comes out of the homogenization oven at 530 ° C.
  • the platen cooling process is the two-pass process, described in figure 2 .
  • each point of the tray is watered for 51 seconds.
  • the surface spraying flow rate is 500 1 / (min.m 2 ) on the two large sides of the plate.
  • the watering stub is zero, as described in figure 14 .
  • the tray is therefore sprayed entirely in the same way, which generates a longitudinal thermal profile with cold ends.
  • the tray is transferred in 60 s to the second sprinkler cell without passing, in this example, through the optional intermediate standardization tunnel.
  • the tray then undergoes a second watering, different from the first.
  • the plate, but this time outside the ends undergoes a second watering of 51 seconds, at a surface flow rate of 500 1 / (min.m 2 ).
  • the sprinkler stub is a couple of ramps, as described figure 12 . This adjustment tends to straighten the cold-ended thermal profile, thereby generating an almost flat longitudinal thermal profile exiting the second spray cell.
  • the tray is transferred to the standardization tunnel in 30 seconds. The plateau waits only 10 minutes in the standardization tunnel.
  • the plate is transferred to the hot rolling mill, with a thermal uniformity better than 40 ° C on the complete plate.
  • Example 3 shows that the judicious choice of the watering heels makes it possible to significantly reduce the duration of uniformization after sprinkling.
  • the choice of beads may differ from pass to pass.
  • the heel chosen in the first pass is better than the heel chosen in the second pass.
  • a first pass with a zero heel (continuous watering of the plate) followed by a second pass with a heel of a couple of ramps makes it possible to significantly reduce the uniformization time necessary for thermal balancing of the plate.

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne le domaine du laminage des plaques ou plateaux en alliages d'aluminium.
  • Plus précisément, l'invention concerne un procédé de refroidissement particulièrement rapide, homogène et reproductible du plateau entre les opérations d'homogénéisation et de laminage à chaud Le document DE 198 23 790 A1 divulgue un procédé selon le préambule de la revendication 1.
  • L'invention concerne également l'installation ou équipement permettant la mise en œuvre dudit procédé.
    • Etat de la technique
  • La transformation des plateaux de laminage en alliage d'aluminium issus de la coulée exige, avant laminage à chaud, un traitement thermique d'homogénéisation métallurgique. Ce traitement thermique est opéré à une température proche du solvus de l'alliage, plus élevée que la température de laminage à chaud. L'écart entre la température d'homogénéisation et la température de laminage à chaud est compris entre 30 et 150°C, selon les alliages. Le plateau doit donc être refroidi entre sa sortie du four d'homogénéisation et son laminage à chaud. Pour des raisons soit de productivité, soit de Structure métallurgique, notamment éviter certains défauts de surface sur la tôle finie, il est très souhaitable de pouvoir réaliser le refroidissement du plateau entre sa sortie du four d'homogénéisation et le laminoir à chaud de manière rapide.
  • Cette vitesse de refroidissement du plateau souhaitée est comprise entre 150 et 500°C/h.
  • Compte tenu de la forte épaisseur des plateaux de laminage en alliage d'aluminium, soit entre 250 et 800 mm, le refroidissement à l'air est particulièrement lent : la vitesse de refroidissement à l'air d'un plateau de 600 mm d'épaisseur est comprise entre 40°C/h à l'air calme ou sous convection naturelle, et 100°C/h sous air ventilé ou convection forcée.
  • Le refroidissement à l'air ne permet donc pas d'atteindre les vitesses de refroidissement souhaitées.
  • Le refroidissement au moyen d'un liquide ou d'un brouillard (mélange d'air et de liquide) est nettement plus rapide car la valeur du coefficient d'échange, connu de l'homme du métier sous l'appellation HTC (Heat Transfer Coefficient), entre un liquide ou un brouillard et la surface chaude du plateau métallique est nettement supérieure à la valeur de ce même coefficient entre l'air et le plateau.
  • Le liquide choisi seul ou dans le brouillard est par exemple de l'eau et, dans ce cas, idéalement de l'eau désionisée. Ainsi, le coefficient HTC est compris entre 2000 et 20000 W/(m2.K) entre de l'eau et le plateau chaud tandis qu'il est compris entre 10 et 30 W/(m2.K) entre de l'air et le plateau chaud.
  • En revanche, le refroidissement au moyen d'un liquide ou brouillard génère habituellement de manière naturelle de forts gradients thermiques dans le plateau :
    • Le nombre adimensionnel de Biot illustre l'homogénéité thermique du refroidissement. Il correspond au rapport de la résistance thermique interne d'un corps (transfert de chaleur interne par conduction) à sa résistance thermique de surface (transfert de chaleur par convection et rayonnement). Bi = HTC • D λ
      Figure imgb0001
      • HTC étant le coefficient d'échange entre le fluide et le plateau,
      • D, la dimension caractéristique du système, ici la demi-épaisseur du plateau,
      • λ, la conductivité thermique du métal, par exemple, pour un alliage d'aluminium, 160 W/(m2.K).
  • Si Bi « 1, le système est pratiquement isotherme, le refroidissement est uniforme. Si Bi » 1, le système est thermiquement très hétérogène et le plateau est le siège de forts gradients thermiques.
  • Pour un plateau d'épaisseur 600 mm, le nombre de Biot vaut :
    • Entre 0.02 et 0.06 pour un refroidissement à l'air calme ou ventilé. Le nombre de Biot est faible devant 1, le plateau est refroidi de manière isotherme.
    • Entre 4 et 40 pour un refroidissement à l'eau. Le nombre de Biot est fort devant 1, le plateau est refroidi de manière très hétérogène dans son épaisseur.
  • Cette hétérogénéité se traduit également dans la largeur du plateau, en raison des effets de bords et d'arêtes, naturellement plus refroidies que les grandes faces du plateau.
  • Elle se traduit aussi dans la longueur du plateau, par effet de coin, naturellement refroidi suivant les trois faces le constituant.
  • L'hétérogénéité thermique est un handicap majeur du refroidissement à l'aide d'un liquide ou brouillard. Elle pose problème non seulement pour le procédé suivant, c'est à dire le laminage à chaud mais elle est aussi potentiellement néfaste pour la qualité finale du produit, à savoir l'alliage d'aluminium vendu sous forme de bobines ou de tôles à hautes caractéristiques mécaniques.
  • Les dispositifs connus de l'art antérieur ne cherchent pas à limiter cette hétérogénéité du refroidissement.
  • Les procédés de refroidissement à l'aide d'un liquide de refroidissement connus de l'art antérieur, notamment pour les tôles fortes, opèrent soit par immersion dans un bac, soit par passage dans un caisson d'aspersion mais sans attention particulière portée à la maîtrise de l'équilibre thermique du produit.
  • Ainsi, ces procédés ne permettent :
    • Ni d'obtenir un champ thermique uniforme dans le plateau refroidi
    • Ni de garantir la reproductibilité du refroidissement d'un plateau à l'autre.
    Problème posé
  • L'invention a pour objectif de corriger l'ensemble des défauts majeurs liés aux procédés de refroidissement de plateaux épais de l'art antérieur et d'assurer :
    • Un refroidissement rapide, à une vitesse d'au moins 150°C/h, et conséquent, soit de 30 à 150°C de refroidissement à partir d'une température de l'ordre de 450 à 600°C
    • Un champ thermique homogène et maitrisé dans l'ensemble du plateau
    • L'assurance d'une parfaite reproductibilité d'un plateau épais à l'autre.
    Objet de l'invention
  • L'invention a pour objet un procédé de refroidissement d'un plateau de laminage en alliage d'aluminium de dimensions typiques de 250 à 800 mm en épaisseur, 1000 à 2000 mm en largeur et 2000 à 8000 mm en longueur selon la revendication 1.
  • On entend par écart thermique l'écart maximum entre températures relevées sur l'ensemble du volume du plateau, ou encore DTmax.
  • Avantageusement, le refroidissement est effectué en au moins deux phases :
    Une première phase d'aspersion au cours de laquelle le plateau est refroidi dans une enceinte comportant des rampes de buses ou tuyères d'aspersion de liquide ou brouillard de refroidissement sous pression, réparties en parties haute et basse de ladite cellule, de façon à asperger les deux grandes faces, supérieure et inférieure dudit plateau,
  • Une phase complémentaire d'uniformisation thermique à l'air calme, dans un tunnel aux parois intérieures réflectives, d'une durée de 2 à 30 minutes selon le format du plateau et la valeur du refroidissement.
  • Typiquement, cette durée est d'environ 30 min pour un refroidissement total de l'ordre de 150°C à partir de sensiblement 500°C, et de quelques minutes pour un refroidissement de l'ordre de 30°C.
  • Selon une variante de l'invention, les phases d'aspersion et uniformisation thermique sont répétées, dans le cas de plateaux très épais et pour un refroidissement moyen global supérieur à 80°C.
  • Le plus couramment, le liquide de refroidissement, y compris dans un brouillard, est de l'eau, et de préférence de l'eau désionisée.
  • Selon un mode de réalisation particulière, la tête et le pied du plateau, soit typiquement les 300 à 600 mm aux extrémités, sont moins refroidis que le reste du plateau, de façon à maintenir une tête et un pied chaud, configuration favorable à l'engagement du plateau lors d'un laminage à chaud réversible.
  • A cette fin, le refroidissement de la tête et du pied peut être modulé soit par la mise en route ou l'extinction des rampes de buses ou tuyères d'aspersion, soit par la présence d'écrans empêchant ou réduisant l'aspersion par lesdites buses ou tuyères. Par ailleurs, les phases d'aspersion, et pas d'uniformisation thermique, peuvent être répétées, et la tête et le pied du plateau, soit typiquement les 300 à 600 mm aux extrémités, refroidis différemment que le reste du plateau au moins dans une des cellules d'aspersion.
  • Selon une version conforme à cette dernière option, la première passe d'aspersion est effectuée avec un talon nul, soit un arrosage continu du plateau tel qu'en figure 14, suivie, sans première phase d'uniformisation thermique, d'une seconde passe d'aspersion avec un talon d'un couple de rampes tel qu'en figure 12, permettant ainsi de réduire notablement la durée de la phase finale d'uniformisation nécessaire à l'équilibrage thermique du plateau.
  • Selon une variante préférée de l'invention, l'uniformité thermique longitudinale du plateau est améliorée par un mouvement relatif du plateau par rapport au système d'aspersion : défilé ou va et vient du plateau face à un système d'aspersion fixe ou inversement, déplacement des buses ou tuyères par rapport au plateau. Typiquement, le plateau défile horizontalement dans la cellule d'aspersion et sa vitesse de défilement est supérieure ou égale à 20 mm/s, soit 1.2 m/min. Préférentiellement encore, l'uniformité thermique transversale du plateau est assurée par modulation de l'aspersion dans la largeur du plateau par allumage/extinction de buses ou tuyères, ou écrantage de ladite aspersion.
  • L'invention a également pour objet une installation pour mise en œuvre du procédé tel que ci-dessus, comportant une cellule d'aspersion munie de rampes de buses ou tuyères d'aspersion de liquide ou brouillard de refroidissement sous pression disposées en parties haute et basse de ladite cellule, de façon à asperger les deux grandes faces, supérieure et inférieure dudit plateau,
  • Un tunnel d'uniformisation à l'air calme au sortir de la cellule d'aspersion, dans un tunnel aux parois intérieures et au toit en une matière intérieurement réflective, autorisant une uniformisation thermique du plateau par diffusion de la chaleur dans ledit plateau, le cœur en réchauffant les surfaces.
  • Selon un mode de réalisation préférentielle :
    • Les buses de liquide ou brouillard de refroidissement génèrent des sprays ou jets à cône plein dont l'angle est compris entre 45 et 60°
    • Les axes des buses inférieures sont orientés normalement à la surface inférieure
  • De préférence, les rampes de buses supérieures sont appariées dans le sens de défilement du plateau. Dans une même paire, les rampes supérieures sont inclinées de telle sorte que :
    • Les jets des deux rampes de buses supérieures appariées soient orientés en opposition l'un de l'autre.
    • Les jets présentent une bordure normale à la surface supérieure du plateau
    • Le recouvrement des deux jets soit compris entre le 1/3 et les 2/3 de la largeur de chaque jet, et préférentiellement sensiblement de la moitié
    • L'enveloppe des deux jets ainsi formée constitue un profil en M.
  • Les paires de rampes de buses supérieures et inférieures sont placées sensiblement en vis-à-vis, de façon à ce que les longueurs d'aspersion supérieures et inférieures soient sensiblement égales et en vis-à-vis.
  • Du fait de l'appariement des buses supérieures en opposition et du profil en M des jets, la longueur d'aspersion est contrôlée de façon à favoriser l'évacuation latérale du liquide ou brouillard aspergé en face supérieure, en le guidant vers les rives du plateau où il s'évacue sous forme d'une cascade sans toucher les petites faces du plateau autorisant ainsi un refroidissement très homogène en température dans les sens longitudinal et transversal du plateau.
  • Quant au liquide seul ou contenu dans le brouillard de refroidissement, il peut être récupéré, typiquement dans un conteneur situé sous l'installation, recyclé et thermiquement contrôlé.
  • Selon un mode de mise en œuvre perfectionnée, l'ensemble de l'installation, cellule d'aspersion et tunnel d'uniformisation, est piloté par un modèle thermique codé sur automate, le modèle thermique déterminant les réglages de l'installation en fonction de la température estimée par mesure thermique en début de cellule d'aspersion et en fonction de la température cible de sortie, en général la température de début de laminage à chaud.
  • Selon un mode de réalisation avantageux, la mise en œuvre de l'installation, comporte les étapes suivantes :
    • Centrage du plateau, à l'entrée de l'installation
    • Mesure de la température de surface supérieure du plateau
    • Calcul par l'automate, à l'aide du modèle thermique, des réglages de la cellule d'aspersion en fonction de la température cible d'entrée et de la température cible de sortie, c'est dire du refroidissement cible du plateau, incluant la détermination du nombre de rampes activées, du nombre de buses ouvertes en rives, de la vitesse de défilement du plateau dans la cellule d'aspersion, des démarrages et arrêts des rampes d'aspersion, et du temps de maintien dans le tunnel d'uniformisation
    • Défilement du plateau dans la cellule d'aspersion, arrosage supérieur et inférieur suivant les calculs de l'automate
    • Transfert du plateau de la cellule d'aspersion vers le tunnel d'uniformisation
    • Maintien du plateau dans le tunnel d'uniformisation pendant une durée déterminée par l'automate.
    Description des figures
    • La figure 1 représente un schéma de principe du procédé selon l'invention en une passe. Le plateau est défourné du four d'homogénéisation 1 à sa température d'homogénéisation. Il est transféré vers la machine de refroidissement, centré latéralement puis sa température de surface est mesurée (2) par thermocouple de surface, par contact ou à l'aide d'un pyromètre infrarouge mais qui sera moins précis. Le modèle thermique détermine le réglage de la cellule d'aspersion 3 (nombre de couples de rampes activées et vitesse de défilement du plateau). Puis le plateau est traité dans la cellule d'aspersion. A sa sortie, il est sec et transféré (4) vers un tunnel d'uniformisation 5 pour une durée déterminée par modèle thermique ou selon l'amplitude du refroidissement subi. A l'issue, il est transféré vers le laminoir à chaud 6.
    • La figure 2 représente un schéma de principe du procédé selon l'invention en deux passes ou plus. Lorsque l'amplitude cible de refroidissement est supérieure à 100°C, un seul passage dans la machine de refroidissement peut être insuffisant. Dans ce cas, le plateau est refroidi une première fois dans la première cellule d'aspersion 3. Puis, avec ou sans passage dans le tunnel d'uniformisation intermédiaire 5, le plateau est transféré dans la seconde machine de refroidissement composée des éléments 6, 7 et 8, où il subit un cycle complet : cellule d'aspersion puis obligatoirement tunnel d'uniformisation 8. La durée de la dernière phase d'uniformisation dépend de la diffusivité thermique du matériau, donc de l'alliage, de l'amplitude cible de refroidissement, et de la sévérité de l'uniformité thermique cible avant laminage à chaud 9.
      Le refroidissement multi passes peut également être réalisé avec une seule machine, par passages successifs.
    • La figure 3 est un plan schématique de la machine d'aspersion, vue de profil, le plateau défilant de gauche à droite. Elle illustre la disposition des jets de liquide ou brouillard aspergé sur le plateau, vue de profil, en face supérieure et en face inférieure. Les rampes d'arrosage supérieures et inférieures sont appariées et en vis à vis par paire, pour garantir une bonne uniformité de refroidissement dans l'épaisseur du plateau. Les rampes supérieures appariées sont orientées en opposition, ce qui garantit une évacuation du liquide ou brouillard aspergé transversalement au plateau. Les axes des buses inférieures sont orientés normalement à la surface inférieure du plateau, le liquide s'écoule par gravité. Des rampes d'air comprimé (1 à 4) encadrent les extrémités de la cellule d'aspersion pour éviter tout ruissellement résiduel de liquide sur le plateau en dehors de ladite cellule.
    • La figure 4 illustre l'impact des jets de liquide ou brouillard supérieurs, en vue de dessus du plateau. On note la concentration du débit surfacique de liquide ou brouillard à l'intersection des jets en opposition. Ce schéma d'arrosage est favorable à l'évacuation du liquide le long de cette ligne transverse à fort débit surfacique.
    • La figure 5 représente la cinétique thermique d'un plateau de 600 mm, calculée dans le cas d'un refroidissement moyen de 40°C, en une passe dans la machine d'aspersion, pour un alliage du type AA3104 selon les désignations définies par l' « Aluminum Association » dans les « Registration Record Sériés » qu'elle publie régulièrement. Y figurent les évolutions des températures minimum Tmin, maximum Tmax et moyenne Tmoy dans le plateau, ainsi que de l'écart maximum de température dans tout le volume du plateau, au cours du temps (DTmax).
    • La figure 6 représente la cinétique thermique d'un plateau de 600 mm, calculée dans le cas d'un refroidissement moyen de 130°C, en deux passes dans la machine d'aspersion, pour un alliage du type AA6016 selon les désignations définies par l' « Aluminum Association » dans les « Registration Record Sériés » qu'elle publie régulièrement. Y figurent de la même façon les évolutions des températures minimum Tmin, maximum Tmax et moyenne Tmoy dans le plateau, ainsi que de l'écart maximum de température dans tout le volume du plateau, au cours du temps (DTmax).
    • Les figures 7 à 9 illustrent trois modes ou stratégies d'arrosage en sens travers de la machine d'aspersion, avec représentation de la position des buses sur les rampes d'aspersion, la machine d'aspersion étant vue de face dans tous les cas :
      • Figure 7 : Profil thermique uniforme dans la largeur du plateau
      • Figure 8 : Profil thermique à rives froides, créé par un surplus d'arrosage sur les rives du plateau
      • Figure 9 : Profil thermique à rives chaudes, créé par un déficit d'arrosage sur les rives du plateau.
    • La figure 10 présente deux modes ou stratégies de largeur d'arrosage d'un même plateau en alliage d'aluminium de 600 mm d'épaisseur et de 1700 mm de largeur, à gauche un profil thermique dans le sens travers à rives froides avec 11 buses en action, à droite un profil thermique à rives chaudes avec 9 buses en action.
    • La figure 11 est la conséquence sur le profil thermique (température en °C en fonction de la position dans le sens travers, à partir de l'axe du plateau, en m) de ces deux modes d'aspersion.
    • Les Figures 12 à 14 illustrent trois exemples de modes ou stratégies de déclenchement de l'arrosage.
      En effet, le profil thermique dans le sens long du plateau est maitrisé par : L'absence ou le très faible ruissellement dans le sens long du plateau, grâce au montage des rampes supérieures en opposition,
      Le déclenchement et l'arrêt de l'arrosage de chaque couple de rampes à une position précise du plateau : c'est la notion de talon d'arrosage. La figure 12 correspond à une gestion du profil thermique dans le sens long à extrémités chaudes, la figure 13 à extrémités tièdes et la figure 14 à extrémités froides (avec un ruissellement en 1).
    • La Figure 15 illustre les profils thermiques longitudinaux (température en °C en fonction de la position dans la longueur L du plateau en m) pour les trois stratégies de gestion thermique des extrémités du plateau précitées. Dans cet exemple, le plateau est en alliage du type AA6016, d'épaisseur 600 mm, son refroidissement moyen est de 100°C en deux passes, et le temps en caisson d'uniformisation thermique est de 10 min.
    • Les Figures 16 à 18 illustrent le champ thermique, en visualisation 3D, du même exemple, en entrée de laminage à chaud, pour les trois stratégies de gestion thermique des extrémités du plateau précitées, la figure 16 à extrémités chaudes, la figure 17 à extrémités tièdes et la figure 18 à extrémités froides.
  • On voit que la stratégie de déclenchement de l'arrosage permet clairement de maitriser le profil thermique longitudinal du plateau.
  • La Figure 19 illustre le champ thermique d'un plateau en alliage du type AA6016, de 600 mm d'épaisseur, refroidi d'environ 50°C en une passe dans la machine d'aspersion réglée avec un talon d'arrosage d'une seule rampe aux extrémités du plateau, conformément à la figure 13. Ce réglage conduit à un champ thermique très uniforme avec des extrémités légèrement plus chaudes, ce qui est favorable au laminage.
    • Description de l'invention
  • L'invention consiste essentiellement dans un procédé de refroidissement à l'aide d'un liquide ou brouillard de refroidissement d'une plaque ou d'un plateau de laminage d'alliage d'aluminium, de 30 à 150°C en quelques minutes, c'est-à-dire à une vitesse de refroidissement moyenne comprise entre 150 et 500°C/heure.
  • Il est constitué principalement de deux phases :
    • Une première phase d'aspersion du plateau à l'aide d'un liquide ou brouillard de refroidissement, typiquement au défilé
    • Une deuxième phase d'uniformisation thermique du plateau.
  • Pendant la première phase d'aspersion, le plateau est refroidi dans une enceinte comportant des buses ou tuyères d'aspersion de liquide ou brouillard refroidissant sous pression, typiquement de l'eau et de préférence désionisée.
  • Les buses ou tuyères sont réparties en parties haute et basse de ladite cellule, de façon à asperger les deux grandes faces, supérieure et inférieure, du plateau. L'option d'un procédé au défilé permet de limiter les risques de points chauds liés aux contacts entre le plateau et son support, en général constitué de rouleaux cylindriques ou coniques.
  • Le refroidissement moyen du plateau (ΔTmoy plateau) est contrôlé par la durée d'aspersion vue par chaque section du plateau.
  • Durant cette phase, le plateau est thermiquement très hétérogène dans son épaisseur, du fait d'une valeur du nombre de Biot élevée.
  • L'homogénéité de refroidissement dans la largeur du plateau est maitrisée par :
    1. a) Le contrôle de la largeur d'arrosage dans le sens travers du plateau, par le nombre de buses activées ou l'utilisation d'écrans
    2. b) Une méthode d'aspersion favorisant l'évacuation latérale de l'eau aspergée en face supérieure. En effet, le liquide de refroidissement est guidé vers les rives du plateau et s'évacue sous forme d'une cascade sans toucher les petites faces dudit plateau. Le refroidissement du plateau est de ce fait très homogène. Cette méthode consiste en fait à apparier deux rampes de buses, placées en opposition, comme le montrent notamment les figures 3 et 4.
  • L'homogénéité de refroidissement dans la longueur du plateau est maitrisée par :
    • c) Le contrôle du début et de la fin de l'aspersion par déclenchement des rampes d'aspersion à la position souhaitée sur le plateau ou, à nouveau, par l'utilisation d'écrans. Ainsi la tête et le pied du plateau peuvent ne pas être aspergés. On obtient alors un plateau avec une tête et un pied chaud, ce qui est favorable à son engagement lors du laminage réversible à chaud
    • d) La forte réduction du ruissellement dans le sens long du plateau. Ce très faible ruissellement est obtenu grâce à la caractéristique b) ci-dessus de l'invention, favorisant l'évacuation latérale du liquide de refroidissement aspergé en face supérieure du plateau.
  • La phase d'aspersion est donc conçue pour limiter les hétérogénéités thermiques dans les trois directions du plateau, L'invention permet tout particulièrement de maîtriser les profils thermiques dans le sens travers et dans le sens long du plateau, ce qui est très appréciable puisque des éventuels gradients thermiques le long de ces deux grandes dimensions seraient difficiles à résorber dans un court délai.
  • Suit la phase d'uniformisation thermique du plateau :
    Après aspersion, le plateau est maintenu quelques minutes dans une configuration de faible échange de chaleur avec son environnement. Ces conditions thermiques permettent l'uniformisation thermique du plateau, en quelques minutes pour les refroidissements de moins de 30°C et en environ 30 minutes maximum pour des refroidissements de 150°C. Cette phase est essentielle à l'atteinte des spécifications d'uniformité thermique demandées. Elle permet d'atteindre un écart thermique DTmax de moins de 40°C sur un plateau de grandes dimensions.
  • L'invention peut également être adaptée à des valeurs absolues de refroidissements élevées. Ainsi, lorsque le refroidissement moyen du plateau souhaité est supérieur à typiquement 80°C, il est possible de cycler plusieurs fois l'ensemble des phases «aspersion» et «uniformisation», en réduisant à chaque cycle d'« aspersion-uniformisation » la température moyenne d'un plateau très épais.
  • Le procédé ainsi décrit assure un refroidissement rapide et maîtrisé d'une plaque épaisse, notamment un plateau de laminage, en alliage d'aluminium. Il est par ailleurs robuste et évite les risques connus de sur-refroidissements locaux.
  • La machine, ou installation de refroidissement, elle-même est constituée d'au moins une cellule d'aspersion, typiquement horizontale au défilé, d'une part et, d'autre part, d'au moins un tunnel d'uniformisation thermique.
  • La cellule d'aspersion permet la mise en œuvre de la phase 1 du procédé décrit plus haut.
  • Les étapes de traitement du plateau dans cette machine ou installation sont les suivantes :
    1. 1) Centrage du plateau, à l'entrée de la machine
    2. 2) Mesure de la température de surface supérieure du plateau
    3. 3) Calcul par l'automate, à l'aide du modèle thermique, des réglages de la cellule d'aspersion en fonction de la température d'entrée et de la température cible de sortie, c'est à dire du refroidissement cible du plateau, incluant la détermination du nombre de rampes de buses activées, du nombre de buses ouvertes en rives, de la vitesse de défilement du plateau dans la cellule d'aspersion, des démarrages et arrêts des rampes d'aspersion, du temps de maintien dans le tunnel d'uniformisation
    4. 4) Défilement du plateau dans la cellule d'aspersion, arrosage supérieur et inférieur suivant les calculs de l'automate.
  • La cellule d'aspersion est constituée de rampes munies de buses ou tuyères de distribution sous pression du liquide ou brouillard de refroidissement.
  • Dans le cas où ce dernier est de l'eau, celle-ci est idéalement desionisée ou du moins très propre et très peu minéralisée, afin d'éviter l'encrassement des buses et pour assurer la stabilité du transfert de chaleur entre l'eau et le plateau. La machine d'aspersion peut avantageusement, pour des raisons d'économie notamment, fonctionner en cycle fermé, avec par exemple un bassin récupérateur placé sous la machine d'aspersion.
  • Les buses de liquide ou brouillard de refroidissement choisies génèrent des sprays ou jets à cône plein, dont l'angle est compris entre 45 et 60° (dans l'exemple : buses à cône plein à 60° d'angle, de marque LECHLER). Les axes des buses des rampes inférieures sont orientés normalement à la surface inférieure. Les rampes supérieures sont appariées. Dans une même paire de rampes supérieures, les rampes sont inclinées de telle sorte que :
    • Les jets des deux rampes soient orientés en opposition l'un de l'autre
    • Les jets présentent une bordure normale à la surface supérieure du plateau
    • Le recouvrement des deux jets soit compris entre le 1/3 et les 2/3 de la largeur du jet, et préférentiellement sensiblement de la moitié
    • L'enveloppe des deux jets ainsi formée constitue donc un profil en M
    • Les paires de rampes de buses supérieures et inférieures sont placées sensiblement en vis-à-vis, de façon à ce que les longueurs d'aspersion supérieures et inférieures soient sensiblement égales et en vis-à-vis.
  • Dans le cas d'un traitement au défilé, la vitesse de défilement du plateau est supérieure ou égale à 20 mm/s, soit 1.2 m/min.
  • Au sortir de la cellule d'aspersion, le plateau est transféré, par exemple à l'aide de chariots automatiques, dans un ou plusieurs tunnel(s) d'uniformisation. L'objectif du tunnel est de réduire au maximum les transferts thermiques entre le plateau et l'air, ce qui est favorable à une meilleure uniformisation thermique du plateau. Cette uniformisation thermique a lieu par diffusion de la chaleur dans le plateau, le cœur réchauffant les surfaces du plateau.
  • Le tunnel d'uniformisation est constitué de parois verticales et d'un toit dans une matière idéalement réflective côté intérieur du tunnel.
  • Il évite les courants d'air autour du plateau, assurant l'absence de transfert de chaleur par convection forcée. Par ailleurs, il réduit les transferts de chaleur par convection naturelle et limite les transferts radiatifs si les parois sont réflectives.
  • Enfin, la machine ou installation de refroidissement composée de la cellule d'aspersion et du tunnel d'uniformisation, est pilotée par un modèle thermique codé sur l'automate de la machine. Le modèle thermique détermine les réglages de la machine en fonction de la température en début de cellule d'aspersion, ou température d'entrée, et en fonction de la température cible de sortie, en général la température de laminage.
    • Exemples
  • Exemple 1 : Refroidissement uniforme de 40°C d'un plateau en alliage du type AA3104.
  • La figure 5 illustre le refroidissement de 40°C d'un plateau en alliage du type AA3104 selon les désignations définies par l' « Aluminum Association » dans les « Registration Record Sériés » qu'elle publie régulièrement. L'épaisseur du plateau est de 600 mm, sa largeur de 1850 mm et sa longueur de 4100 mm. Le plateau sort du four d'homogénéisation à 600°C.
  • Le procédé de refroidissement du plateau est le procédé à une passe, décrit en figure 1.
  • Le plateau est transféré vers la machine de refroidissement en 180 s. Ce temps de transfert comprend :
    • le déplacement du plateau entre la sortie du four et l'entrée de la machine de refroidissement
    • le centrage latéral du plateau
    • la mesure de la température de surface supérieure du plateau
    • le temps de calcul par l'automate des réglages de la machine de refroidissement (cellule d'aspersion et tunnel).
  • Puis le plateau défile dans la cellule d'aspersion, chaque point du plateau hors extrémités (tête et pied) subit un arrosage durant 46 secondes. Le débit surfacique d'aspersion est de 500 1/(min.m2) sur les deux grandes faces du plateau. Le talon d'arrosage est réglé à un couple de rampe, comme décrit en figure 12. A sa sortie de la cellule d'aspersion, le plateau est sec et transféré en 30 s vers un tunnel d'uniformisation pour une durée déterminée par le modèle thermique codé dans l'automate, ici de 300 s, soit 5 minutes. A l'issue, le plateau est transféré vers le laminoir à chaud, avec une uniformité thermique meilleure que 40°C sur le plateau complet.
  • La température de surface du plateau descend à environ 320°C, tandis que le cœur du plateau reste quasiment isotherme durant la phase d'aspersion. Puis, par diffusion de la chaleur entre le cœur et la surface, le cœur cède de la chaleur à la surface, le plateau s'uniformise thermiquement.
  • L'écart thermique dans le plateau (DTmax) est maximal à la fin de la phase d'aspersion, sa valeur est de 280°C environ pour cette configuration. Il se réduit rapidement dès lors que l'aspersion du plateau cesse : en 6 minutes d'attente (transfert puis uniformisation dans le tunnel), l'écart thermique DTmax est réduit à moins de 40°C.
  • Exemple 2 : Refroidissement uniforme de 135°C d'un plateau en alliage du type AA6016.
  • La figure 6 illustre le refroidissement de 135°C d'un plateau en alliage du type AA6016. L'épaisseur du plateau est de 600 mm, sa largeur de 1850 mm et sa longueur de 4100 mm. Le plateau sort du four d'homogénéisation à 530°C.
  • Le procédé de refroidissement du plateau est le procédé à deux passes, décrit en figure 2.
  • Le plateau est transféré vers la machine de refroidissement en 100 s. Ce temps de transfert comprend :
    • le déplacement du plateau entre la sortie du four et l'entrée de la machine de refroidissement
    • le centrage latéral du plateau
    • la mesure de la température de surface supérieure du plateau
    • le temps de calcul par l'automate des réglages des machines de refroidissement.
  • Puis le plateau défile dans la cellule d'aspersion, chaque point du plateau hors extrémités (tête et pied) subit un arrosage durant 51 secondes. Le débit surfacique d'aspersion est de 800 1/(min.m2) sur les deux grandes faces du plateau. Le talon d'arrosage est réglé à une rampe, comme décrit en figure 13. A sa sortie de la cellule d'aspersion, le plateau est transféré en 60 s vers la seconde cellule d'aspersion sans passer, dans cet exemple, par le tunnel d'uniformisation intermédiaire optionnel. Le plateau subit alors un second arrosage, identique au premier : chaque point du plateau hors extrémités subit un arrosage de 51 secondes, au débit surfacique de 800 1/(min.m2). A sa sortie de la seconde cellule d'aspersion, le plateau est transféré vers le tunnel d'uniformisation en 30 secondes. Le plateau attend plusieurs minutes dans le tunnel d'uniformisation. A l'issue, le plateau est transféré vers le laminoir à chaud, avec une uniformité thermique meilleure que 40°C sur le plateau complet.
  • La température de surface du plateau descend à environ 60°C. Le cœur du plateau reste quasiment isotherme durant la première phase d'aspersion puis refroidit au cours de la seconde phase d'aspersion. Puis, par diffusion de la chaleur entre le cœur et la surface, le cœur cède de la chaleur à la surface, le plateau s'uniformise thermiquement.
  • L'écart thermique dans le plateau (DTmax) est maximal à la fin de chacune des phases d'aspersion, sa valeur est de 470°C environ pour cette configuration. Il se réduit rapidement dès lors que l'aspersion du plateau cesse : l'écart thermique DTmax du plateau est de 55°C après 13 minutes d'attente dans le tunnel et devient inférieur à 40°C après 23 minutes passées dans le tunnel.
  • Exemple 3 : Refroidissement uniforme de 125°C d'un plateau en alliage du type AA6016.
  • L'épaisseur du plateau est de 600 mm, sa largeur de 1850 mm et sa longueur de 4100 mm. Le plateau sort du four d'homogénéisation à 530°C.
  • Le procédé de refroidissement du plateau est le procédé à deux passes, décrit en figure 2.
  • Le plateau est transféré vers la machine de refroidissement en 100 s. Ce temps de transfert comprend :
    • le déplacement du plateau entre la sortie du four et l'entrée de la machine de refroidissement
    • le centrage latéral du plateau
    • la mesure de la température de surface supérieure du plateau
    • le temps de calcul par l'automate des réglages des machines de refroidissement.
  • Puis le plateau défile dans la cellule d'aspersion, chaque point du plateau subit un arrosage durant 51 secondes. Le débit surfacique d'aspersion est de 500 1/(min.m2) sur les deux grandes faces du plateau. Le talon d'arrosage est nul, comme décrit en figure 14. Le plateau est donc arrosé entièrement de manière identique, ce qui génère un profil thermique longitudinal à extrémités froides. A sa sortie de la cellule d'aspersion, le plateau est transféré en 60 s vers la seconde cellule d'aspersion sans passer, dans cet exemple, par le tunnel d'uniformisation intermédiaire optionnel. Le plateau subit alors un second arrosage, différent du premier. Le plateau, mais cette fois-ci hors extrémités, subit un second arrosage de 51 secondes, au débit surfacique de 500 1/(min.m2). Le talon d'arrosage est d'un couple de rampes, tel que décrit figure 12. Ce réglage tend à redresser le profil thermique à extrémités froides, générant ainsi un profil thermique longitudinal presque plat au sortir de la seconde cellule d'aspersion. A sa sortie de la seconde cellule d'aspersion, le plateau est transféré vers le tunnel d'uniformisation en 30 secondes. Le plateau n'attend que 10 minutes dans le tunnel d'uniformisation. A l'issue, le plateau est transféré vers le laminoir à chaud, avec une uniformité thermique meilleure que 40°C sur le plateau complet.
  • L'exemple 3 montre que le choix judicieux des talons d'arrosage permet de réduire notablement la durée d'uniformisation après aspersion. Pour un procédé de refroidissement à plusieurs passes, le choix des talons peut être différent d'une passe à l'autre. Pour un procédé de refroidissement en 2 passes, le talon choisi en première passe gagne à être contraire au talon choisi en seconde passe. De manière optimisée et pour un refroidissement à 2 passes, une première passe avec un talon nul (arrosage continu du plateau) suivie d'une seconde passe avec un talon d'un couple de rampes permet de réduire notablement la durée d'uniformisation nécessaire à l'équilibrage thermique du plateau.

Claims (17)

  1. Procédé de refroidissement d'un plateau de laminage en alliage d'aluminium de dimensions typiques de 250 à 800 mm en épaisseur, 1000 à 2000 mm en largeur et 2000 à 8000 mm en longueur, après le traitement thermique d'homogénéisation métallurgique dudit plateau à une température typiquement comprise entre 450 à 600°C selon les alliages et avant son laminage à chaud, le refroidissement étant d'une valeur de 30 à 150°C, caractérisé en ce que le refroidissement est effectué à une vitesse de 150 à 500°C/h, avec un écart thermique de moins de 40°C sur l'ensemble du plateau refroidi à partir de sa température d'homogénéisation et dans lequel l'homogénéité de refroidissement dans la largeur du plateau est maitrisée par :
    a) le contrôle de la largeur d'arrosage dans le sens travers du plateau, par le nombre de buses activées ou l'utilisation d'écrans,
    b) une méthode d'aspersion favorisant l'évacuation latérale du liquide de refroidissement aspergé en face supérieure.
  2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le refroidissement est effectué en au moins deux phases :
    Une première phase d'aspersion au cours de laquelle le plateau est refroidi dans une enceinte comportant des rampes de buses ou tuyères d'aspersion de liquide ou brouillard de refroidissement sous pression, réparties en parties haute et basse de ladite cellule, de façon à asperger les deux grandes faces, supérieure et inférieure dudit plateau,
    Une phase complémentaire d'uniformisation thermique à l'air calme, dans un tunnel aux parois intérieures réflectives, d'une durée de 2 à 30 minutes selon le format du plateau et la valeur du refroidissement.
  3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que la phase d'uniformisation est de quelques minutes pour les refroidissements de moins de 30°C et de 30 minutes maximum pour des refroidissements de 150°C.
  4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les phases d'aspersion et uniformisation thermique sont répétées, dans le cas de plateaux très épais et pour un refroidissement moyen global supérieur à 80°C.
  5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le liquide, y compris dans un brouillard, de refroidissement est de l'eau, préférentiellement très peu minéralisée et de préférence de l'eau désionisée.
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tête et le pied du plateau, soit typiquement les 300 à 600 mm aux extrémités, sont moins refroidis que le reste du plateau de façon à maintenir une tête et un pied chaud, configuration favorable à l'engagement du plateau lors d'un laminage à chaud réversible.
  7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le refroidissement de la tête et du pied est modulé par la mise en route ou l'extinction des rampes de buses ou tuyères d'aspersion.
  8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le refroidissement de la tête et du pied est modulé par la présence d'écrans.
  9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel le liquide de refroidissement est guidé vers les rives du plateau et s'évacue sous forme d'une cascade sans toucher les petites faces dudit plateau.
  10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel les rampes de buses supérieures sont appariées dans le sens de défilement du plateau et dans lequel, dans une même paire, les rampes supérieures sont inclinées de telle sorte que
    • les jets des deux rampes de buses supérieures appariées soient orientés en opposition l'un de l'autre.
    • les jets présentent une bordure normale à la surface supérieure du plateau
    • le recouvrement des deux jets soit compris entre le 1/3 et les 2/3 de la largeur de chaque jet, et préférentiellement sensiblement de la moitié
    • l'enveloppe des deux jets ainsi formée constitue un profil en M.
  11. Procédé selon une quelconque des revendications 2 à 10 dans lequel le début et la fin de l'aspersion est contrôlé par déclenchement des rampes d'aspersion à la position souhaitée sur le plateau ou par l'utilisation d'écrans.
  12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel la tête et le pied du plateau ne sont pas aspergés au début et à la fin de l'aspersion.
  13. Installation pour mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte :
    Une cellule d'aspersion munie de rampes de buses ou tuyères d'aspersion de liquide ou brouillard de refroidissement sous pression disposées en parties haute et basse de ladite cellule, de façon à asperger les deux grandes faces, supérieure et inférieure dudit plateau,
    Un tunnel d'uniformisation à l'air calme au sortir de la cellule d'aspersion, dans un tunnel aux parois intérieures et au toit en une matière intérieurement réflective, autorisant une uniformisation thermique du plateau par diffusion de la chaleur dans ledit plateau, le cœur en réchauffant les surfaces.
  14. Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que :
    Les buses de liquide ou brouillard de refroidissement de la cellule d'aspersion génèrent des jets à cône plein dont l'angle est compris entre 45 et 60°
    Les axes des buses inférieures sont orientés normalement à la surface inférieure Les rampes de buses supérieures sont appariées dans le sens de défilement du plateau. Dans une même paire, les rampes supérieures sont inclinées de telle sorte que :
    - Les jets des deux rampes de buses appariées soient orientés en opposition l'un de l'autre.
    - Les jets présentent une bordure normale à la surface supérieure du plateau
    - Le recouvrement des jets des deux rampes appariées soit compris entre le 1/3 et les 2/3 de la largeur de chaque jet, et préférentiellement sensiblement de la moitié.
    - L'enveloppe des deux jets ainsi formée constitue un profil en M.
    Les paires de rampes de buses supérieures et inférieures sont placées sensiblement en vis-à-vis, de façon à ce que les longueurs d'aspersion supérieures et inférieures soient sensiblement égales et en vis-à-vis.
  15. Installation selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisée en ce que le liquide de refroidissement est récupéré après aspersion, typiquement dans un conteneur situé sous l'installation, recyclé et thermiquement contrôlé.
  16. Mise en œuvre de l'installation selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisée en ce que l'ensemble de l'installation, cellule d'aspersion et tunnel d'uniformisation, est piloté par un modèle thermique codé sur automate, le modèle thermique déterminant les réglages de l'installation en fonction de la température estimée par mesure thermique en début de cellule d'aspersion et en fonction de la température cible de sortie, en général la température de début de laminage à chaud.
  17. Mise en œuvre de l'installation selon la revendication 16, caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes suivantes :
    - Centrage du plateau, à l'entrée de l'installation
    - Mesure de la température de surface supérieure du plateau
    - Calcul par l'automate, à l'aide du modèle thermique, des réglages de la cellule d'aspersion en fonction de la température d'entrée et de la température cible de sortie, c'est à dire du refroidissement cible du plateau, incluant la détermination du nombre de rampes activées, du nombre de buses activées en rives, de la vitesse de défilement du plateau dans la cellule d'aspersion, des démarrages et arrêts des rampes d'aspersion, et du temps de maintien dans le tunnel d'uniformisation
    - Défilement du plateau dans la cellule d'aspersion, arrosage supérieur et inférieur suivant les calculs de l'automate
    - Transfert du plateau de la cellule d'aspersion vers le tunnel d'uniformisation
    - Maintien du plateau dans le tunnel d'uniformisation pendant une durée déterminée par l'automate.
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