WO2001006022A1 - Procede de fabrication d'une bande d'acier en continu - Google Patents

Procede de fabrication d'une bande d'acier en continu Download PDF

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Pierre Simon
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    • C21D9/56Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573Continuous furnaces for strip or wire with cooling

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a continuous steel strip, and more particularly to a method for cooling a steel strip in a continuous annealing and / or coating line.
  • a boiling water quenching process is already known, to which the steel strip is subjected as soon as it leaves a continuous annealing furnace.
  • This known process is self-regulating, since the aqueous bath is constantly maintained at boiling point by the steel strip which enters it at a temperature of the order of 700 ° C to 850 ° C.
  • a steel strip thus treated has a very good surface condition.
  • its flatness is excellent, provided, however, that the steel strip has, on leaving the quench bath, a temperature higher than the transition temperature of cooling.
  • the cooling transition temperature is the temperature of the strip for which the cooling of the strip by the quench bath passes from a heat exchange through a continuous vapor film to a heat exchange through a discontinuous layer of vapor bubbles.
  • the cooling transition temperature is approximately 320 ° C.
  • the steel strip leaves the quench bath at a temperature of the order of 350 ° C; it is then either subjected to an overaging treatment without intermediate cooling, or cooled to room temperature, that is to say up to less than 100 ° C by other suitable means.
  • a drawback of this process is that its cooling rate is limited, for example of the order of 50 ° C / s to 60 ° C / s for a steel strip 0.8 mm thick. In addition, it does not make it possible, without an auxiliary cooling system, to cool the steel strip to less than 100 ° C. (full quench) while retaining a satisfactory flatness of the strip.
  • Another system is also known, working by spraying with water at about 80 ° C., which makes it possible to cool the steel strip to less than 100 ° C. and to increase the cooling rate.
  • This system is however not compatible with quenching with boiling water, in particular because of the markedly different temperatures imposed by the two methods.
  • the present invention provides a method of manufacturing a steel strip continuously, which makes it possible on the one hand to lower the final temperature for cooling the strip and on the other hand to increase its cooling rate, without any degradation in flatness.
  • a process for manufacturing a steel strip continuously in which the steel strip is immersed, at a temperature between 700 ° C and 850 ° C, in an aqueous bath maintained at a temperature above room temperature, is characterized in that at least one surfactant capable of lowering the surface tension of said aqueous bath by at least 20 dynes / cm is added to said aqueous bath, in that the said surfactant is added in a proportion of between 0.5 g / 1 and 50 g / 1, and in this way that the surface tension of said aqueous bath is lowered to a value less than 30 dynes / cm.
  • surfactants capable of withstanding temperatures above 110 ° C., and preferably also at pressures of at least 2 bar.
  • an aqueous bath consisting of a boiling water bath, known per se, which can have a depth of several meters.
  • a boiling water bath known per se, which can have a depth of several meters.
  • the cooling transition temperature can be lowered to around 125 ° C.
  • an aqueous bath is used at a temperature of 50 ° C to 90 ° C.
  • a lowering of the temperature of the aqueous bath compared to a quenching with boiling water, has the effect of increasing the heat transfer coefficient between the steel strip and the aqueous bath.
  • the cooling rates obtained in a liquid bath, the temperature is between 50 and 90 ° C are also much higher than those obtained in cooling systems using only gas flows.
  • the cooling rate goes from about 50 to 60 ° C / s for cooling with boiling water, to about 150 to 200 ° C / s for cooling with water to 80 ° C, in the case of a steel strip 0.8 mm thick.
  • this lowering of the temperature of the aqueous bath also influences the transition temperature of the cooling.
  • this cooling transition temperature is 550 ° C in a water bath at 70 ° C; it can be lowered to around 300 ° C by an appropriate addition of at least one of the above-mentioned surfactants.
  • At least one organic acid chosen from acetic acid, benzoic acid and formic acid, is added to said aqueous bath, at a concentration C, expressed in g / l, given by the formula :
  • T ba ⁇ n is the temperature of the quench bath Ci is a specific coefficient of the acid used, which is 0.09 for acetic acid 0.12 for benzoic acid 0.04 for formic acid.
  • This variant is particularly advantageous for the manufacture of non-oxidized steel strips, intended in particular to be galvanized directly.
  • the surface-active substances added to the aqueous bath must also resist the aforementioned organic acids.

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Abstract

Dans un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, dans lequel on plonge la bande d'acier, à une température comprise entre 700 °C et 850 °C, dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à la température ambiante, on ajoute au bain aqueux au moins une substance tensio-active capable d'abaisser la tension superficielle de ce bain aqueux d'au moins 20 dynes/cm. On ajoute cette substance tensio-active en une proportion comprise entre 0,5 g/l et 50 g/l, et on abaisse ainsi la tension superficielle du bain aqueux à une valeur inférieure à 30 dynes/cm. La température du bain peut être sensiblement sa température d'ébulition, ou une température de 50 °C à 90 °C. On utilise de préférence des substances tensio-actives capables de résister à des températures supérieures à 110 °C, à des pressions d'au moins 2 bar, et éventuellement à des acides organiques ajoutés au bain, lorsque l'on désire fabriquer une bande non oxydée.

Description

C.2697 - Procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu.
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, et plus particulièrement un procédé de refroidissement d'une bande d'acier dans une ligne de recuit continu et/ou de revêtement.
Etat de la technique
Dans le domaine technique de la fabrication d'une bande d'acier en continu, on connaît déjà un procédé de trempe à l'eau bouillante, auquel la bande d'acier est soumise dès sa sortie d'un four de recuit continu. Ce procédé connu est auto-régulé, puisque le bain aqueux est en permanence maintenu à l'ébullition par la bande d'acier qui y pénètre à une température de l'ordre de 700°C à 850°C. Une bande d'acier ainsi traitée présente un très bon état de surface. En outre, sa planéité est excellente, à la condition toutefois que la bande d'acier présente, à sa sortie du bain de trempe, une température supérieure à la température de transition du refroidissement.
Au sens de la présente demande, la température de transition du refroidissement est la température de la bande pour laquelle le refroidissement de la bande par le bain de trempe passe d'un échange thermique à travers un film de vapeur continu à un échange thermique à travers une couche discontinue de bulles de vapeur.
Dans les conditions usuelles de cette trempe à l'eau bouillante et pour une bande d'acier, la température de transition du refroidissement est d'environ 320°C.
Typiquement, la bande d'acier quitte le bain de trempe à une température de l'ordre de 350°C; elle est alors soit soumise à un traitement ultérieur de survieillissement sans refroidissement intermédiaire, soit refroidie jusqu'à la température ambiante, c'est-à-dire jusqu'à moins de 100°C par d'autres moyens appropriés.
Un inconvénient de ce procédé est que sa vitesse de refroidissement est limitée, par exemple de l'ordre de 50°C/s à 60°C/s pour une bande d'acier de 0,8 mm d'épaisseur. En outre, il ne permet pas d'effectuer, sans système de refroidissement auxiliaire, un refroidissement de la bande d'acier jusqu'à moins de 100°C (full quench) tout en conservant une planéité satisfaisante de la bande.
Divers systèmes, notamment par jets d'eau et/ou de brouillard, ont été proposés pour poursuivre le refroidissement de la bande sans nuire à sa planéité. Il s'agit cependant en général de systèmes coûteux, bruyants et difficiles à conduire, qui n'ont pas connu, à ce jour, de réelle application industrielle.
Il existe aussi des procédés de refroidissement basés sur l'utilisation de flux de gaz ou de rouleaux refroidis; ces procédés sont très onéreux à mettre en oeuvre et ne fournissent d'ailleurs pas les vitesses de refroidissement très élevées, exigées notamment par les aciers de résistance ; ces procédés entraînent en outre certains problèmes de planéité de la bande.
On connaît par ailleurs un autre système, travaillant par aspersion avec une eau à environ 80°C, qui permet de refroidir la bande d'acier jusqu'à moins de 100°C et d'augmenter la vitesse de refroidissement. Ce système n'est cependant pas compatible avec une trempe à l'eau bouillante, notamment à cause des températures nettement différentes imposées par les deux procédés.
Présentation de l'invention
Il existe actuellement une demande pour des bandes en aciers de résistance, présentant néanmoins également une bonne planéité. En raison des inconvénients et des limitations des procédés rappelés plus haut, ceux-ci ne permettent pas de fabriquer des bandes d'acier de cette qualité. Partant de cet état de la technique, la présente invention propose un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, qui permet d'une part d'abaisser la température finale de refroidissement de la bande et d'autre part d'augmenter sa vitesse de refroidissement, sans aucune dégradation de la planéité.
Conformément à l'invention, un procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, dans lequel on plonge la bande d'acier, à une température comprise entre 700°C et 850°C, dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à la température ambiante, est caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain aqueux au moins une substance tensio- active capable d'abaisser la tension superficielle dudit bain aqueux d'au moins 20 dynes/cm, en ce que l'on ajoute ladite substance tensio-active en une proportion comprise entre 0,5 g/1 et 50 g/1, et en ce que l'on abaisse ainsi la tension superficielle dudit bain aqueux à une valeur inférieure à 30 dynes/cm.
Suivant l'invention, on utilise avantageusement des substances tensio-actives capables de résister à des températures supérieures à 110°C, et de préférence aussi à des pressions d'au moins 2 bar.
Suivant une première mise en œuvre, on utilise un bain aqueux constitué par un bain d'eau bouillante, connu en soi, qui peut présenter une profondeur de plusieurs mètres. L'addition de telles substances tensio-actives à un bain d'eau bouillante, conformément à l'invention, permet d'abaisser la température de transition du refroidissement, et donc de prolonger le refroidissement de la bande d'acier en dessous de la température précitée de 320°C. Selon la substance tensio-active utilisée, la température de transition du refroidissement peut ainsi être abaissée jusqu'à environ 125°C. Ces valeurs correspondent à une bande de 0,8 mm d'épaisseur; elles peuvent varier légèrement dans la gamme des épaisseurs de bande concernées.
Suivant une autre mise en œuvre particulière, on utilise un bain aqueux à une température de 50°C à 90°C. Un tel abaissement de la température du bain aqueux, par rapport à une trempe à l'eau bouillante, a pour effet d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur entre la bande d'acier et le bain aqueux. Il en résulte une augmentation de la vitesse de refroidissement de la bande d'acier, ce qui est favorable pour la fabrication de bandes en acier de résistance. Les vitesses de refroidissement obtenues dans un bain liquide dont la température est comprise entre 50 et 90°C sont aussi beaucoup plus élevées que celles obtenues dans les systèmes de refroidissement utilisant uniquement des flux de gaz.
A titre d'exemple, la vitesse de refroidissement passe d'environ 50 à 60°C/s pour un refroidissement à l'eau bouillante, à environ 150 à 200°C/s pour un refroidissement par de l'eau à 80°C, dans le cas d'une bande d'acier de 0,8 mm d'épaisseur.
Parallèlement, cet abaissement de la température du bain aqueux influence également la température de transition du refroidissement. En particulier, pour une bande d'acier, cette température de transition du refroidissement est de 550°C dans un bain d'eau à 70°C; elle peut être abaissée jusqu'à environ 300°C par une addition appropriée d'au moins une des substances tensio-actives précitées.
Il est cependant impératif que la bande quitte le bain de trempe à une température supérieure à cette température de transition pour conserver sa planéité.
Dans ces conditions, lorsque la température de transition du refroidissement est trop nettement supérieure à la température de 100°C - cas d'un bain aqueux à 70-80°C avec ou sans addition de substances tensio-actives - on peut alors, suivant une variante de l'invention, poursuivre le refroidissement de la bande d'acier jusqu'à moins de 100°C (full quench), sans perte de planéité, en appliquant un refroidissement par aspersion avec de l'eau à 70-80°C. Cette eau peut ensuite être renvoyée dans le bain aqueux.
Suivant encore une autre caractéristique particulière, on ajoute audit bain aqueux au moins un acide organique, choisi parmi l'acide acétique, l'acide benzoïque et l'acide formique, en une concentration C, exprimée en g/l, donnée par la formule:
C = 80 + 10 D [Ci (150 - Tbaιn)]
dans laquelle: C est la concentration minimale de l'acide utilisé
Tbaιn est la température du bain de trempe Ci est un coefficient spécifique de l'acide utilisé, qui vaut 0,09 pour l'acide acétique 0,12 pour l'acide benzoïque 0,04 pour l'acide formique.
Cette variante s'avère particulièrement avantageuse pour la fabrication de bandes d'acier non oxydées, destinées notamment à être galvanisées directement.
Dans le cas de cette variante particulière, les substances tensio-actives ajoutées au bain aqueux doivent en outre résister aux acides organiques précités.
A titre d'exemples de substances tensio-actives présentant les propriétés requises de résistance à des températures supérieures à 110°C, à des pressions d'au moins 2 bar ainsi qu'aux acides organiques précités, on peut mentionner les composés suivants, sans que cette énumération soit limitative:
- tristéarate de sorbitan
- trioléate de sorbitan
- isostéarate de sorbitan
- monostéarate de sorbitan
- monolaurate de sorbitan
- monostéarate de pentaérythritol
- monooléate de pentaérythritol
- dioléate de propylène glycol.
Il va de soi que ces composés peuvent être présents, en concentrations variables, dans les substances tensio-actives utilisées conformément à l'invention.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication d'une bande d'acier en continu, dans lequel on plonge la bande d'acier, à une température comprise entre 700°C et 850°C, dans un bain aqueux maintenu à une température supérieure à la température ambiante, caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain aqueux au moins une substance tensio- active capable d'abaisser la tension superficielle dudit bain aqueux d'au moins 20 dynes/cm, en ce que l'on ajoute ladite substance tensio-active en une proportion comprise entre 0,5 g/l et 50 g/l, et en ce que l'on abaisse ainsi la tension superficielle dudit bain aqueux à une valeur inférieure à 30 dynes/cm.
2. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise des substances tensio-actives capables de résister à des températures supérieures à 110°C.
3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise des substances tensio-actives capables de résister à des pressions d'au moins 2 bar.
4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bain aqueux se trouve sensiblement à sa température d'ébullition.
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bain aqueux se trouve à une température de 50°C à 90CC.
6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la bande d'acier sort dudit bain aqueux à une température supérieure à sa température de transition du refroidissement et en ce qu'elle est soumise à un refroidissement complémentaire par aspersion avec de l'eau à 50°C-90°C.
7. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on ajoute audit bain aqueux au moins un acide organique, choisi parmi l'acide acétique, l'acide benzoïque et l'acide formique, en une concentration C, exprimée en g/l, donnée par la formule:
C = 80 + 10 D [Ci (150 - Tbaιn)]
dans laquelle: C est la concentration minimale de l'acide utilisé
Tbaιn est la température du bain de trempe Ci est un coefficient spécifique de l'acide utilisé.
Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites substances tensio-actives sont capables de résister auxdits acides organiques.
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