WO2010079452A1 - Procede et section de refroidissement d'une bande metallique en defilement par projection d'un liquide - Google Patents

Procede et section de refroidissement d'une bande metallique en defilement par projection d'un liquide Download PDF

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WO2010079452A1
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cooling
temperature
strip
liquid
coolant
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PCT/IB2010/050049
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Cyril Claveroulas
Frédéric MARMONIER
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Fives Stein
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Publication date
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    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
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Definitions

  • the present invention relates to improvements made to the cooling sections of the continuous treatment lines of metal strips, in particular annealing, galvanizing or tinplate.
  • a line of continuous treatment of metal strips is composed of a succession of heat treatment sections, including heating, temperature maintenance, cooling, aging, etc.
  • the present invention relates to the cooling sections of the continuous treatment lines and more particularly the rapid cooling sections with projection of a liquid on the strip.
  • the coolant is usually water, can be pretreated, for example to extract dissolved oxygen or minerals, which may contain additives to improve the thermal exchange or limit oxidation of the strip.
  • Water cooling allows to obtain very large cooling slopes, beyond those that can be obtained with gas cooling.
  • the cooling of the strip can also be obtained by the projection on the strip of a mixture consisting of a gas and a liquid.
  • the gas is generally present as a carrier gas for spraying and spraying the liquid on the strip.
  • the gas used is most often nitrogen but may also be composed of a mixture of nitrogen and hydrogen, or any other gas.
  • the liquid can be sprayed in the form of a mist or sprayed with larger drops or in the form of a continuous liquid.
  • the cooling of the strip can begin while it is at a high temperature, for example 750oC.
  • the boiling temperature is close to 100oC. It can vary by a few degrees depending on the composition of the water and its content of additives.
  • the temperature of the water spray is then a first order parameter for the control of the cooling intensity, - Water oC).
  • - Water oC Regarding the phenomenon of calefaction, i!
  • This critical temperature depends on many parameters, including characteristics of the spray, the temperature or liquid sprayed, or the nature and temperature of the cooled surface.
  • the effect on this temperature of the coolant temperature and the spray parameters such as the speed and the diameter of the drops is mainly considered.
  • the object of the invention is, above all, to ensure a homogeneous cooling of the metal strip, in particular to prevent the formation of folds or significant differences in mechanical characteristics along the width and / or the length.
  • a method of controlling the cooling of a metal strip moving in a cooling section of a continuous treatment line by projection on the strip of a liquid or a mixture consisting of a gas and a a liquid, the parameter-dependent cooling comprising the temperature, the velocity, the characteristics of the cooling fluid stream, is characterized in that:
  • one or more zones in which the cooling parameters is determined are as might occur, or occurs, the local disappearance of a vapor film on the surface of ia hot strip, causing rewetting of the web,
  • the invention is thus first and foremost a method for controlling or cooling a metal strip moving in a continuous treatment line by spraying a liquid or a mixture consisting of a gas and a mixture on the strip.
  • a liquid so as to maintain a so-called "vapor film” cooling at the surface of the strip resulting from the phenomenon of heating of the cooling liquid in contact with a hot band, of increasing the temperature of the coolant in the zone or rewetting, where this occurs, resulting from the local disappearance of the vapor film, so as to remain or return to a vapor film cooling at the surface of the strip.
  • another adjusted cooling parameter is constituted by a sputtering parameter formed by the speed and / or the diameter of the drops of coolant in the zone or zones concerned.
  • the temperature of the coolant can be adjusted so that it is different between two successive cooling units of the cooling system. the cooling section.
  • a combined adjustment of the temperature and the flow rate of the coolant can be made to allow the thermal flux extracted from the band to be modulated.
  • the coolant temperature can be adjusted to the width of the strip.
  • Several coolant spraying units may be distributed along the width of the strip, and the temperature and flow rate of the coolant for each spraying unit is adjusted over the width of the strip.
  • the temperature or liquid can be adjusted at the beginning of cooling so as to limit the variation of the temperature gradient resulting from the cooling with respect to the heating or from the maintenance of the previous temperature.
  • the temperature of the liquid may be adjusted according to the intended cooling capacity so as to limit the variations in the flow rate of the coolant.
  • the zone in which it occurs determines the occurrence of a sharp increase in the transverse temperature gradient of the strip and a clean break of cooling slope resulting from greater cooling in the absence of vapor film, in using the strip temperature measuring devices in areas where rewetting is likely to occur.
  • tests are in an area on the staple length of the metal strip when the strip temperature is between 45CTC and 250oC 1 and at several points along the width of the tape so to detect large variations in temperature.
  • the invention also relates to a cooling section of a continuous processing line for the implementation of the method defined above, which section includes projection units on a metal strip of a liquid or a mixture consisting of a gas and a liquid, and is characterized in that it comprises, for at least one coolant projection unit on the tape, a cooling liquid supply assembly comprising two separate circuits each of which is equipped with a regulating valve and connects to the same outlet pipe a volume flow of the mixture being provided for the sieve pipe and a mixing temperature controller.
  • the supply assembly may comprise a regulator for adjusting the proportion of cold and hot water flow rates so as to obtain the desired overall liquid flow rate at the desired temperature for each projection device.
  • the temperature of the stiffening liquid can be adjusted according to the desired heat flow and as a function of the temperature of the strip.
  • the invention With warmer water at the end of cooling (for example 35 ° C. at the beginning of the cooling and 80 ° C. at the end of cooling), the invention makes it possible to maintain control over the cooling by staying longer in 20 ml of steam.
  • the water temperature when combined with an adjustment of the water flow over the band width, makes it possible to obtain a uniform strip temperature over its width.
  • the determination of the temperature of Lindonfrost is very difficult because many parameters affect it.
  • the spray molds are very important.
  • the proportion and temperature of the sputtering gas affect the Lindenfrost temperature.
  • the strip also influences the temperature, the roughness of the surface, the temperature of the heat exchange between the strip.
  • determining Lindonfrost's temperature will actually depend on how fast the drop of liquid will reach its vaporization temperature. More glue will be faster and Lindenfrost's temperatute will be reduced.
  • the large number of parameters influencing the rewetting of the band is that it occurs that it occurs in normal production of the line in an area where it was not expected.
  • the temperature of the coolant is increased by the operator in the area of interest so as to repel the rewetting in the next zone.
  • the operator may also anticipate increasing the temperature of the cooling water in the following zone (s) to repel the beginning of rewetting.
  • the temperature rise to be applied will have been defined beforehand during commissioning tests, for example 5oC. It can also be adjusted by the operator.
  • Increasing the coolant temperature in one zone may be accompanied by further adjustment of the sputtering parameters so as to maintain the target temperature slope on the belt without reducing the speed of the line.
  • the flow of cooling water may be increased in this area.
  • the increase of the water flow can be carried out automatically by the control and control system of the line so as to reach the band temperature setpoint at the outlet of the cooling zone.
  • the optimum settings have been defined. during the commissioning of the line or by self-learning during the operation of the line.
  • the foregoing description of the invention corresponds to the adjustment of the coolant temperature to remain in the vapor film mode. Another way to achieve this result, at constant liquid temperature, is to change the size of the drops and the speed at which they arrive on the tape.
  • adjustment of the speed and the droplet diameter may be achieved by a mechanical change of the nozzle at the liquid spray orifice.
  • the temperature of the coolant and the spray parameters such as the speed and diameter of the drops in the area where rewetting could occur, or where it occurs, resulting the local disappearance of the vapor film so as to remain or return to a vapor film cooling at the surface of the strip.
  • FIG. 1 is a diagram of a configuration according to the invention for supplying a cooling liquid projection unit.
  • FIG.2 is a perspective diagram in elevation of a cooling section according to the invention.
  • FIG. 3 is a diagram, similar to FIG. 2, of an alternative embodiment with fractional cooling units according to the bandwidth,
  • Fig.4 is a diagram, similar to Fig.3 .. of an alternative embodiment with fractional cooling units according to the width and the strip length,
  • Fig.5 is a schematic vertical section of an example of a cooling section.
  • Fig.1 is a diagram of an exemplary embodiment dxin A set of coolant supply according to the invention for a unit Di ... DIi! (Fig.2) liquid projection on a band B. scrolling vertically down, to cool.
  • Each unit Dl ... DIII is associated with a set A.
  • Set A provides flow and temperature control of the cooling water.
  • the configuration of A comprises two separate circuits supplying cold water 1 and hot water 2, each equipped with a control valve respectively CV1 CV2, and connected to the same outlet pipe 3.
  • a CD flow controller of the mixture is provided on the pipe 3 and a TE temperature controller of the mixture.
  • a regulator R makes it possible to adjust the proportion of the flow rates of cold water and hot water so as to obtain the desired overall flow rate of liquid at the desired temperature for each projection unit, also called a cooling unit.
  • D1, DII, DIII (Fig.2).
  • each cooling unit the drops of liquid sprayed by each cooling unit are represented as a whole in a prismatic sheet whose base is located on the strip 8, while the opposite edge corresponds to the liquid outlet nozzles. of the cooling unit.
  • a control of the temperature of the water spray and / or a control of the spray parameters according to the invention are additional means for controlling the flow of water spray. These means bring more flexibility and greater homogeneity of the cooling.
  • the temperature of the coolant and / or the sputtering parameters are adjusted so that they are different between two successive cooling units D1.
  • DIL DIlI FIG. 2 in the direction of travel of the strip, the device according to the invention makes it possible to control the temperature of the sprayed water and / or the spray parameters along the length of the cooling section by a fractionation along the length in zones I, II III (Fig.2) of cooling.
  • a cooling unit is provided on each side of the band, respectively Dl, DI, ... DIII, D'III.
  • Each cooling unit has a liquid temperature regulating member and / or the ejector nozzle separate from that of the other zones.
  • the device according to the invention also makes it possible to control the temperature of the water sprayed over the width of the cooling section by a fractionation, illustrated in FIG. 3, on the width in fractional cooling units DIa, DIb, ... DIe , each having a liquid temperature adjusting member separate from that of the other zones
  • the temperature adjusting member constituting the assembly A. is a hot water mixer - cold water fed with a hot water network and a cold water network. Depending on the temperature setpoint, the mixer adjusts the proportion of cold and hot water flow rates.
  • the temperature adjusting member is a heat exchanger between the coolant and another fluid, for example air or water.
  • Fig.3 is a diagram to: an exemplary embodiment of the invention this cross-regulation of the coolant temperature with 5 separate cooling units on the bandwidth.
  • the invention also relates to a cooling method so that the cooling curve is that referred to at each point of the width of the strip along the cooling section.
  • Adjusting the water temperature also helps to limit the risk of cool buckling at the beginning of cooling. This risk can result from a major break in the road the heat of the band during the passage of the heating section, or the temperature holding section, to its cooling section.
  • Patent FR 2802552 (or US Pat. No. 6464808) describes this problem in more detail.
  • the invention makes it possible to limit the initial cooling of the strip and thus limits the risk of fold formation (cooi buckle) due to the fact that a slight slope break.
  • the invention is thus also relates to a method for controlling the read cooling a metal strip clans a continuous processing line for projection on the strip with a liquid or a mixture of a gas and a liquid with a temperature of the liquid adjusted at the beginning of cooling so as to limit the variation of the temperature gradient resulting from the cooling with respect to the previous heating or holding.
  • the combined adjustment of the temperature and the flow rate of the coolant makes it possible to modulate the thermal flux extracted from the strip.
  • the temperature and the flow rate of the cooling liquid are adjusted over the width and the length of the strip, so as to increase the flexibility of the installation while benefiting from greater range of adjustment of the cooling speed of the band.
  • the cooling units are divided according to the width ⁇ indices in letters a .... e) and according to the length (indices in Roman numerals I, II, III) in elementary units DIa 1 ... DIIIe.
  • the temperature profile control over the width of the strip resulting from the adjustment of the cooling capacity over the band width makes it possible to improve the guiding of the strip on the transport rollers by the width of the strip. obtaining long or short banks with respect to the center of the strip.
  • Controlling the temperature profile over the width of the strip resulting from the adjustment of the cooling capacity to the bandwidth improves the flatness of the strip by controlling the length of the banks with respect to the center of the strip. .
  • Controlling the temperature profile over the bandwidth resulting from the adjustment of the cooling capacity to the bandwidth improves the stability of the band by controlling the length of the banks relative to the center of the band. bandaged.
  • the adjustment of the cooling capacity over the length of the cooling section and the width of the strip is realized in real time by a control and control system (not shown) of the line by means of : calculator from mathematical models taking into account the evolution of thermal exchanges between the band and its environment in the cooling section and in the section located downstream thereof.
  • the computer controls the CVI control valves. CV2 of the different sets A.
  • the present invention also consists in a splitting into a plurality of cooling units in the device width direction and in the direction of! A length of the strip, shown in Fig.4.
  • Each unit is equipped with the necessary equipment to vary the coolant temperature and coolant, and / or the spraying parameters, independently of the other units.
  • the size of the cooling units D1 ... DIII may be different along the cooling section with a smaller size in the portion of the cooling section where the caifaction phenomenon may become unstable so as to better control the phenomenon.
  • the length of the cooling units may be smaller in the running direction of the strip.
  • the width of the cooling units can also be reduced in the bandwidth direction.
  • each unit may be equipped with two control members for varying the gas flow rate and the flow rate of the liquid.
  • Each unit may also be equipped with a device for varying the temperature of the gas, liquid or mixture of the gas and the liquid so as to influence the heating phenomenon and to vary the cooling capacity.
  • This variation of the temperature of the cooling means can be carried out for a constant flow rate of the cooling means or combined with a variation of the flow rate of the cooling means, so as to increase the flexibility of regulation of the installation.
  • the production capacity of a continuous line varies in important proportions according to the format of the band, in particular its thickness, and. according to the thermal cycle.
  • the projected water flow will be very variable which makes its control difficult for large and small flows due to the limited flexibility of flow control devices.
  • the invention also consists in varying the temperature of the cooling liquid so as to limit the amplitude of variation of the water flow.
  • the invention thus also relates to a method for controlling the cooling of a moving metal strip in a continuous treatment line by projection on the strip of a liquid or a mixture consisting of a gas and a liquid with a liquid temperature adjusted according to the cooling capacity aimed so as to limit the variations in the flow rate of the coolant.
  • FIG. 5 An exemplary embodiment, shown diagrammatically in FIG. 5 and reproduced below, shows the temperature variations of the cooling water according to the invention:
  • the metal strip is at 750oC and the water spray is at 8OoC so as to limit the risk of formation of folds on the band (cool buckle),
  • the water temperature is reduced to 40 ° C to quickly reach the required strip temperature (60 ° C) at the end cooling.

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Abstract

Procédé de contrôle du refroidissement d'une bande métallique (B) en défilement dans une section de refroidissement d'une ligne de traitement en continu par projection sur la bande d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, le refroidissement dépendant de paramètres comprenant la température, la vitesse, les caractéristiques du courant de fluide de refroidissement, procédé selon lequel : on détermine une ou des zones dans lesquelles les paramètres du refroidissement sont tels que pourrait se produire, ou se produit, !a disparition locale d'un film de vapeur à la surface de la bande chaude, entraînant un remouillage de la bande; et on ajuste, dans la ou les zones ainsi déterminées, comme paramètre de refroidissement au moins la température du liquide de refroidissement afin de maintenir, ou de revenir à, un refroidissement en film de vapeur à la surface de la bande, résultant du phénomène de caléfaction du liquide de refroidissement au contact de la bande chaude.

Description

PROCEDE ET SECTION DE REFROIDISSEMENT D'UNE BANDE METALLIQUE EN DEFILEMENT PAR PROJECTION D'UN LIQUIDE.
La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux sections de refroidissement des lignes de traitement en continu de bandes métalliques, notamment de recuit, de galvanisation ou de fer blanc.
Une ligne de traitement en continu de bandes métalliques est composée d'une succession de sections de traitement thermique, notamment de chauffage, de maintien en température, de refroidissement, de vieillissement, etc...
La présente invention concerne les sections de refroidissement des lignes de traitement en continu et plus particulièrement les sections de refroidissement rapide avec projection d'un liquide sur la bande.
Le liquide de refroidissement est généralement de l'eau, pouvant être préalablement traitée, par exemple pour en extraire l'oxygène dissous ou les sels minéraux, et pouvant contenir des additifs pour améliorer l'échange thermique ou limiter l'oxydation de la bande.
Le refroidissement par eau permet d'obtenir des pentes de refroidissement très importantes, au-delà de celles pouvant être obtenues avec un refroidissement gazeux.
Le refroidissement de la bande peut également être obtenu par la projection sur la bande d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide. Dans ce cas, le gaz est généralement présent comme gaz porteur pour réaliser la pulvérisation et la projection du liquide sur la bande. Le gaz mis en œuvre est le plus souvent de l'azote mais peut également être composé d'un mélange d'azote et d'hydrogène, ou tout autre gaz.
Le liquide peut être projeté sous la forme d'un brouillard ou pulvérisé avec des gouttes de taille plus importante ou sous la forme d'un liquide continu.
Selon le cycle thermique réalisé, le refroidissement de la bande peut débuter alors que celle-ci est à une température élevée, par exemple 750ºC.
Lorsque la bande se trouve à une température très supérieure à la température d'ébullition du liquide de refroidissement, on se trouve en situation d'ébullition en film, « film boiling » en anglais, ou film de vapeur. Il s'agit du phénomène de caléfaction. La couche de vapeur fait un peu barrage au transfert thermique entre la bande et l'eau, diminuant ainsi l'efficacité du refroidissement à l'eau.
Pour l'exemple de l'eau, la température d'ébullition est voisine de 100ºC. Elle peut varier de quelques degrés selon la composition de l'eau et sa teneur en éléments d'addition, Au final, dans la situation de film de vapeur (film boiling), le problème peut se réduire à un refroidissement d'une paroi fictive à 100TC avec de l'eau. La température de l'eau pulvérisée est alors un paramètre de premier ordre pour ie contrôle de l'intensité du refroidissement,
Figure imgf000004_0001
- TeauºC). Concernant !e phénomène de caléfaction, i! y a une température critique de la bande, appelée « température de Lindenfrosf ». Pour une température supérieure à cette température critique, le refroidissement se fait en film de vapeur, donc le refroidissement est peu efficace, mais relativement très homogène. Pour une valeur de température inférieure mais proche de la température critique, l'efficacité du refroidissement est nettement meilleure mais plutôt chaotique. Dans ce cas. il y a localement disparition de ia couche de vapeur, on parle alors de « remouillage », avec une très forte augmentation du transfert de chaleur, il en résulte un grand gradient de température sur Ia largeur de bande pouvant être à l'origine de déformations plastiques de la bande, par exemple apparition de plis, ou d'une hétérogénéité de propriétés mécaniques sur la largeur de bande.
Cette température critique dépend de nombreux paramètres, entre autres des caractéristiques de la pulvérisation, de la température ou liquide pulvérisé ou de la nature et de ia température de la surface refroidie. On considère principalement l'effet sur cette température de la température du liquide de refroidissement et des paramètres de pulvérisation que sont la vitesse et le diamètre des gouttes.
L'invention a pour but, surtout, d'assurer un refroidissement homogène de la bande métallique, notamment pour éviter la formation de plis ou des différences sensibles de caractéristiques mécaniques suivant Ia largeur et/ou la longueur.
Selon rinvention, un procédé de contrôle du refroidissement d'une bande métallique en défilement dans une section de refroidissement d'une ligne de traitement en continu par projection sur la bande d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, le refroidissement dépendant de paramètres comprenant la température, la vitesse, les caractéristiques du courant de fluide de refroidissement, est caractérisé en ce que :
- on détermine une ou des zones dans lesquelles les paramètres du refroidissement sont tels que pourrait se produire, ou se produit, la disparition locale d'un film de vapeur à la surface de ia bande chaude, entraînant un remouillage de la bande,
- et on ajuste, comme paramètre de refroidissement dans la ou les zones ainsi déterminées, au moins la température du liquide de refroidissement, laquelle température est augmentée dans la zone où pourrait se produire un remouillage, ou où celui-ci se produit, afin de maintenir, ou de revenir à. un refroidissement en film de vapeur à ia surface de la bande, résultant du phénomène de caléfaction du liquide de refroidissement au contact de la bande chaude.
L'invention est ainsi en premier lieu un procédé de contrôle ou refroidissement d'une bande métallique en défilement dans une ligne de traitement en continu par projection sur la bande d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide de sorte de maintenir un refroidissement dit « en film de vapeur » à la surface de la bande résultant du phénomène de caléfaction du liquide de refroidissement au contact d'une bande chaude, consistant à augmenter la température du liquide de refroidissement dans la zone ou pourrait se produire un remouillage, oυ où celui-ci se produit, résultant de la disparition locale du film de vapeur, de sorte de rester ou de revenir à un refroidissement en film de vapeur à la surface de la bande.
Avantageusement, un autre paramètre de refroidissement ajusté est constitué par un paramètre de pulvérisation formé par la vitesse et/ou le diamètre des gouttes de liquide de refroidissement dans la ou les zones concernées. Lorsque le procédé de refroidissement fait intervenir une section de refroidissement avec plusieurs unités de refroidissement successives selon le sens de défilement de la bande, !a température du liquide de refroidissement peut être ajustée de sorte qu'elle soit différente entre deux unités de refroidissement successives de la section de refroidissement. On peut effectuer un ajustement combiné de la température et du débit du liquide de refroidissement afin de permettre de moduler le flux thermique extrait de la bande.
La température du liquide de refroidissement peut être ajustée sur la largeur de la bande. Plusieurs unités de projection du fluide de refroidissement peuvent être réparties suivant la largeur de Ia bande, et Ia température et le débit du liquide de refroidissement pour chaque unité de projection sont ajustés sur la largeur de la bande.
La température ou liquide peut être ajustée en début de refroidissement de sorte de limiter la variation de la pente de température résultant du refroidissement par rapport au chauffage oυ par rapport au maintien en température précédent. La température du liquide peut être ajustée selon îa capacité de refroidissement visée de sorte de limiter tes variations de débit du liquide de refroidissement.
Avantageusement, pour déterminer une ou des zones de section de refroidissement dans lesquelles les paramètres du refroidissement sont leis que pourrait se produire, ou se produit, la disparition îocaie ύ'un film de vapeur à la surface de la bande chaude, entraînant un remouillage de la bande, au cours d'essais préalables,
- on fait varier les conditions opératoires - on observe quand se produit le remouillage de la bande et dans quelle zone de fa section de refroidissement,
- et, toutes les autres conditions opératoires étant fixées, on assure l'élévation progressive de la température du liquide de la zone où se produit le remouiifage afin de permettre de définir la température de liquide requise pour supprimer le remoυillage et revenir à une situation de film de vapeur dans la zone étudiée.
On peut reproduire les essais dans une zone suivante dans le sens de défilement de la bande de sorte de rester en film de vapeur dans toute la section de refroidissement, ou lorsque cela n'est pas possible, repousser à une plus basse température le début du remouillage.
Avantageusement, pour définir le moment où se produit le remouillage et la zone dans laquelle celui-ci se produit, on détermine l'apparition d'une forte augmentation du gradient de température transversal de la bande et d'une nette rupture de pente de refroidissement résultant du refroidissement plus intense en l'absence de film de vapeur, à l aide de dispositifs de mesures de température de la bande dans les zones où le remouillage est susceptible de se produire.
De préférence, les essais portent dans une zone située sur la longueur de brin de la bande métallique où la température de la bande est comprise entre 45CTC et 250ºC1 et en plusieurs points sur la largeur de la bande de sorte de déceler des fortes variations de température.
L'invention est également relative à une section de refroidissement d'une ligne de traitement en continu pour la mise en œuvre du procédé défini précédemment, laquelle section comporte des unités de projection sur une bande métallique d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, et est caractérisée en ce qu'elle comporte , pour au moins une unité de projection de liquide de refroidissement sur la bande, un ensemble d'alimentation en liquide de refroidissement comprenant deux circuits distincts d'alimentation en eau froide et en eau chaude chacun étant équipé d'une vanne do régulat.on et relie a une même conduite de sortie un contioleui de débit du mélange étant prévu sut la conduite de sorbe ainsi qu un contrôleur de tempeiature au mélange
5 L'ensembie d' alimentation peut comporter un régulateur permettant d'ajuster ia proportion des débits d eau froide et d eau chaude de sorte d'obtenir le débit global visé de liquide à Ia température souhaitée et ce pour chaque dispositif de projection
Selon l'invention ia température du liquide de ief raidissement peut 10 être réglée en fonction du flux thermique souhaité et en fonction de la température de Ia bande
Ainsi juste après le début du refroidissement, avec par exemple une température de bande de 700ºC, on va pulvériser de l'eau froide, voir proche de 0ºC mais lorsque la bande atteint des températures plus basses, oai exemple
15 450ºC l'eau doit être plus chaude pour garder la situation de film de vapeur
(film boiling).
Avec de l'eau plus chaude en fin de refroidissement (ppr exemple 35ºC au début du refroidissement et 80ºC en fin de refroidissement), l'invention permet de garder la maîtrise sur le refroidissement en restant plus longtemps20 en frlm de vapeur Ce contrôle de Ia température de l'eau éventuellement combiné à un ajustement du débit d'eau sur la largeur de bande permet d'obtenir une température de bande homogène sur sa largeur
La détermination par le caicui de la température de Lindonfrost est très difficile car de nombreux paramètres influent sur celle-ci Les paismetres 25 de pulvérisation sont très importants Ainsi, la taille des gouttes, la distance entre les gouttes, la vitesse des gouttes, la température de pulvéusation du liquide, la proportion et la température du gaz de pulvérisation influent sur la tempeiaturo de Lindenfrost La bande influe également sur celle-ci, selon sa température la rugosité de sa surface, son emisstvite Le flux de chaleur 30 échange par la bande est également déterminant La température de Lindonfrost va en fait dépendre de la vitesse à laquelle la goutte de liquide va atteindre sa température vaporisation Plus colle-ci sera rapide et plus la temperatute de Lindenfrost sera réduite
En raison de la complexité du phénomène, la détermination de la 35 température critique, ou de Lindenfrost, est principalement expérimentale fdealement directement sur l'installation lors de sa mise on service
Lors des essais, différents moyens sont possibles pour définir le moment ou se produit le remomllage et la zone dans laquelle celui ci se produit L'apparition du remouillage conduit a une forte augmentation du gradient de température transversal de la bande et à une nette rupture de pente de refroidissement résultant du refroidissement plus intense en l'absence de film de vapeur. La méthode la plus simple consiste à placer des dispositifs de mesures de température de la bande dans les zones où le remoυiϋage est susceptible de se produire, par exemple sur la longueur de brin où la température de la bande est comprise entre 450ºC et 250ºC, et en plusieurs points sur la largeur de la bande de sorte de déceler ces fortes variations de température. Ces essais permettent de créer des tables précisant, pour chaque cas de production de la ligne, la température du liquide de refroidissement requise dans chaque zone pour éviter ou retarder le remouillage de la bande.
Ces tables sont ensuite intégrées au système de contrôle et de commande de l'installation de sorte de prendre en compte automatiquement pour chaque zone la bonne consigne de température du liquide de refroidissement selon le cas de production de la ligne.
Comme exposé précédemment, le nombre important de paramètres influents sur le remouillage de la bande fait qu'il arrive que celui-ci se produise en production normale de la ligne dans une zone où il n'était pas attendu. Selon l'invention, la température du liquide de refroidissement est augmentée par l'opérateur dans la zone concernée de sorte de repousser le remouillage dans ia zone suivante. Seion Ia zone où s'est produit ce remouilîage, l'opérateur pourra par anticipation également augmenter Ia température de i'eau de refroidissement dans Ia ou les zones suivantes pour repousser d'autant le début du remouillage. L'élévation de température à appliquer aura été définie au préalable lors des essais de mise en service, par exemple de 5ºC. Elle peut également être ajustée par l'opérateur.
L'augmentation de la température du liquide de refroidissement dans une zone pourra être accompagnée d'un autre ajustement des paramètres de pulvérisation de sorte de maintenir la pente de température visée sur la bande sans réduire ia vitesse de la ligne. Par exemple, le débit d'eau de refroidissement pourra être augmenté dans cette zone. L'augmentation du débit d'eau pourra être réalisée automatiquement par le système de contrôle et de commande de la ligne de sorte d'atteindre Ia consigne de température de bande en sortie de la zone de refroidissement A nouveau, les réglages optimums auront été définis lors de Ia mise en service de la ligne ou par auto- apprentissage lors de l'exploitation de celle-ci. La description de l'invention qui précède correspond à l'ajustement de la température du liquide de refroidissement pour rester en mode de film de vapeur. Un autre moyen pour obtenir ce résultat, à température de liquide constante, consiste à modifier la taille des gouttes et Ia vitesse â laquelle elles arrivent sur !a bande.
Dans le cas de ia pulvérisation du liquide de refroidissement avec un gaz, rajustement de ia vitesse et du diamètre des gouttes sera réalisé par un changement de Ia proportion du gaz.
Dans le cas d'une pulvérisation du liquide sans gaz, rajustement de la vitesse et du diamètre des gouttes pourra être réalisé par un changement mécanique de l'ajutage au niveau de l'orifice de pulvérisation du liquide.
Le même mode opératoire que celui décrit précédemment pour optimiser la température du liquide de refroidissement est mis en œuvre pour déterminer, expérimentalement par des essais, les paramètres de pulvérisation. On comprend aisément qu'il est possible de combiner une variation de température du liquide de refroidissement et des paramètres de pulvérisation pour rester en mode de film de vapeur.
Selon le procédé de l'invention, on peut ajuster ia température du liquide de refroidissement et les paramètres de pulvérisation que sont la vitesse et le diamètre des gouttes dans la zone où pourrait se produire un remouillage, ou où celui-ci se produit, résultant de la disparition locale du film de vapeur de sorte de rester ou de revenir à un refroidissement en film de vapeur à Ia surface de la bande.
En générai sur les installations de refroidissement par projection ύ'eau, le principal paramètre pour le contrôle du refroidissement est la densité de débit d'eau, exprimée en kg/m2/s . Lorsqu'un gaz est utilisé comme moyen de projection, la régulation sur le débit de gaz n'est pas indispensable. Selon le dispositif de projection, le débit de gaz s'adapte naturellement au débit d'eau. Selon un autre exemple, le débit de gaz reste constant. 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 un schéma d'une configuration selon l'invention pour alimenter une unité de projection de liquide de refroidissement.
Fig.2 est un schéma en perspective en élévation d'une section de refroidissement selon l'invention. Fig.3 est un schéma, semblable à Fig.2, d'une variante de réalisation avec des unités de refroidissement fractionnées selon la largeur de bande,
Fig.4 est un schéma, semblable à Fig.3.. d'une variante de réalisation avec des unités de refroidissement fractionnées selon la largeur et la longueur de bande,
Fig.5 est une coupe schématique verticaie d'un exemple de section de refroidissement.
Fig.1 est un schéma d'un exemple de réalisation dxin ensemble A d'alimentation en liquide de refroidissement selon l'invention pour une unité Di... DIi! (Fig.2) de projection de liquide sur une bande B. défilant verticalement vers le bas, à refroidir. A chaque unité Dl... DIlI est associé un ensemble A.
L'ensemble A assure un contrôle en débit et en température de l'eau de refroidissement. La configuration de A comprend deux circuits distincts d'alimentation en eau froide 1 et en eau chaude 2, chacun équipé d'une vanne de régulation respectivement CV1 CV2, et reliés à une même conduite de sortie 3. Un contrôleur de débit CD du mélange est prévu sur la conduite 3 ainsi qu'un contrôleur de température TE du mélange. Un régulateur R permet d'ajuster !a proportion des débits d'eau froide et d'eau chaude de sorte d'obtenir te débit global visé de liquide à ia température souhaitée, et ce pour chaque unité de projection, également appelée unité de refroidissement Dl, DII, DIII (Fig.2).
Sur les Fig.2 â 5, les gouttes de liquide pulvérisé par chaque unité de refroidissement sont représentées dans leur ensemble selon une nappe prismatique dont la base est située sur la bande 8, tandis que l'arête opposée correspond aux ajutages de sortie de liquide de l'unité de refroidissement.
Un contrôle de la température de l'eau pulvérisée et/ou un contrôle des paramètres de pulvérisation selon l'invention constituent des moyens supplémentaires au contrôle du débit d'eau pulvérisée. Ces moyens amènent plus de souplesse et une plus grande homogénéité du refroidissement.
Selon l'invention, la température du liquide de refroidissement et/ou les paramètres de pulvérisation sont ajustés de sorte qu'ils soient différents entre deux unités de refroidissement successives Dl. DIL DIlI (Fig.2) dans Se sens de défilement de la bande, Le dispositif selon l'invention permet de contrôler Ia température de l'eau pulvérisée et/ou les paramètres de pulvérisation sur la longueur de la section de refroidissement par un fractionnement sur la longueur en zones I, II III (Fig.2) de refroidissement. Pour chaque zone, une unité de refroidissement est prévue de chaque coté de la bande, respectivement Dl, D I, ...DIII, D'III. Chaque unité de refroidissement dispose d'un organe de réglage de ia température du liquide et/ou de l'ajutage de l'éjecteur distinct de celui des autres zones. Le dispositif selon l' invention permet également de contrôler ia température de l'eau pulvérisée sur Ia largeur de ia section de refroidissement par un fractionnement, illustré sur Fig 3, sur fa largeur en unités de refroidissement fractionnées DIa, DIb, ...DIe, chacune disposant d'un organe de réglage de la température du liquide distinct de celui des autres zones Selon un exemple de réalisation de l'invention, l'organe de réglage de la température, constituant l' ensemble A. est un mitigeur eau chaude - eau froide alimenté avec un réseau d'eau chaude et un réseau d'eau froide. Selon la consigne de température, ie mitigeur ajuste ia proportion des débits d'eau froide et d'eau chaude. Selon un autre exemple de réalisation de l'invention, l'organe de réglage de la température est un échangeur de chaleur entre le liquide de refroidissement et un autre fluide, par exemple de l'air ou de l'eau. il est également possible de contrôler la température de l'eau pulvérisée et/ou les paramètres de pulvérisation dans le sens transversal pour agir sur l'homogénéité thermique sur la largeur de la bande Ainsi, la température du liquide de refroidissement et/ou les paramètres de pulvérisation sont ajustés sur Ia largeur de la bande, par exemple pour un débit constant de liquide, de sorte de maintenir un film de vapeur sur toute la largeur de bande et contrôler le niveau d'échange thermique. Fig.3 est un schéma d:un exemple de réalisation selon l'invention de cette régulation transversale de la température du liquide de refroidissement, avec 5 unités de refroidissement distinctes sur la largeur de bande.
Comme Ie montre Fig.4, il est possible de mettre en œuvre cette- régulation transversale de la température du liquide de refroidissement sur la longueur de bande de sorte d'obtenir davantage de souplesse de régulation par un ajustement des paramètres de refroidissement de la bande en tous points de la section de refroidissement.
L'invention concerne également un procédé de refroidissement de sorte que Ia courbe de refroidissement soit celle visée en chaque point de la largeur de Ia bande le long de la section de refroidissement.
L'ajustement de la température de l'eau permet également de limiter Ie risque de formation de plis (cool buckle) en début de refroidissement. Ce risque peut résulter d'une rupture de pente importante dans le chemin thermique de ia bande lors du passage de la section de chauffage, ou de la section de maintien en température, à Sa section de refroidissement rapide. Le brevet FR 2802552 (ou ie brevet US 6464808} décrit pius en détail cette problématique.
5 En augmentant !a température de l'eau en tout début de refroidissement, par exemple à 80ºC, l'invention permet de limiter le refroidissement initial de la bande et donc limite le risque de formation de plis (cooi buckle) au fait d'une moindre rupture de pente.
L'invention est ainsi également relative à un procédé de contrôle au lu refroidissement d'une bande métallique en défilement clans une ligne de traitement en continu par projection sur la bande d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide avec une température du liquide ajustée en début de refroidissement de sorte de limiter la variation de ia pente de température résultant du refroidissement par rapport au chauffage ou au i 5 maintien précédent.
Pour un même débit de liquide de refroidissement, l'augmentation de sa température selon l'invention, par exemple de 40ºC à 6OºC, va permettre de refroidir avec des flux plus faibles ce qui permettra de réaliser des cycles avec de plus faibles pentes de refroidissement permettant un gain en souplesse de la 0 section de refroidissement.
L'ajustement combiné de la température et du débit du liquide de refroidissement permet de moduler le flux thermique extrait de la bande.
Selon l'invention, comme illustré sur Fig.4, la température et le débit du liquide de refroidissement sont ajustés sur la largeur et la longueur de la 5 bande, de sorte d'augmenter Ia souplesse de l'installation en bénéficiant d'une plus grande plage de réglage de la vitesse de refroidissement de la bande. Les unités de refroidissement sont fractionnées suivant la largeur {indices en lettres a....e) et suivant la longueur (indices en chiffres romains I, II, III) en unités élémentaires DIa1... DIIIe. 0 Egalement selon l'invention, le contrôle au profil de température sur la largeur de la bande résultant de l'ajustement de la capacité de refroidissement sur la largeur de bande permet d'améliorer le guidage de la bande sur les rouleaux de transport par l'obtention de rives longues ou courtes par rapport au centre de la bande. 5 Le contrôle du profil de température sur la largeur de la bande résultant de rajustement de la capacité de refroidissement sur la largeur de bande permet d'améliorer la planéité de Ia bande par le contrôle de la longueur des rives par rapport au centre de ia bande. Le contrôle du profil de température sur Ia largeur de la bande résultant de l'ajustement de la capacité de refroidissement sur la largeur de bande permet d'améliorer la stabilité de la bande par le contrôle de la longueur des rives par rapport au centre de la bande. Avantageusement, l'ajustement de la capacité de refroidissement sur ia longueur de ia section de refroidissement et sur la largeur de la bande est réalisé en temps réel par un système de contrôle et de commande (non représenté) de la ligne au moyen d:un calculateur à partir de modèles mathématiques prenant en compte l'évolution des échanges thermiques entre la bande et son environnement dans la section de refroidissement et dans la section située en aval de celle-ci. Le calculateur commande les vannes de régulation CVI. CV2 des différents ensembles A.
L'invention consiste également en un fractionnement en une pluralité d'unités du dispositif de refroidissement dans le sens de la largeur et dans le sens de !a longueur de la bande, illustré sur Fig.4. Chaque unité est équipée des équipements nécessaires pour faire varier la température et le débif du liquide de refroidissement, et/ou ies paramètres de pulvérisation, indépendamment des autres unités.
La taille des unités de refroidissement Dl... DIII pourra être différente le long de la section de refroidissement avec une taille plus réduite dans la portion de la section de refroidissement où le phénomène de caiéfaction peut devenir instable de sorte de mieux contrôler le phénomène. Dans cette portion, la longueur des unités de refroidissement pourra être plus faible dans le sens de défilement de la bande. La largeur des unités de refroidissement pourra également y être réduite dans ie sens de la largeur de bande.
Dans Ie cas d'un refroidissement par un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, chaque unité pourra être équipée de deux organes de contrôle permettant de faire varier le débit de gaz et le débit du liquide.
Chaque unité peut également être équipée d'un dispositif permettant de faire varier la température du gaz, du liquide ou du mélange constitué du gaz et du liquide de sorte d'influer sur le phénomène de caiéfaction et de faire varier ia capacité de refroidissement. Cette variation de la température du moyen de refroidissement pourra être réalisée pour un débit constant du moyen de refroidissement ou combinée à une variation du débit du moyen de refroidissement, de sorte d'accroître la souplesse de régulation de l'installation.
La capacité de production d'une ligne continue varie dans des proportions importantes selon le format de la bande, en particulier son épaisseur, et. selon le cycle thermique. Selon le niveau de production, le débit d'eau projeté sera ainsi très variable ce qui rend son contrôle difficile pour les grands et les petits débits du fait de la souplesse limitée des organes de contrôle de débit. Pour accroître la précision de régulation du débit d'eau, l'invention consiste également à faire varier la température du liquide de refroidissement de sorte de limiter l'amplitude de variation du débit d'eau.
Ainsi selon l'invention, pour une forte production requérant des flux de refroidissement très importants, on va pulvériser de l'eau froide de sorte de limiter le débit d'eau mais pour les faibles productions, faibles épaisseurs par exemple, on va pulvériser de l'eau un peu plus chaude pour remonter un peu le débit d'eau nécessaire.
L'invention concerne ainsi également un procédé de contrôle du refroidissement d'une bande métallique en défilement dans une ligne de traitement en continu par projection sur la bande d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide avec une température du liquide ajustée selon la capacité de refroidissement visée de sorte de limiter les variations de débit du liquide de refroidissement.
Un exemple de réalisation, schématisé sur Fig.5 et repris ci-dessous, fait apparaître les variations de température de l'eau de refroidissement selon l'invention :
- en début de refroidissement (zone DI.D'I) la bande métallique est à 750ºC et l'eau pulvérisée est à 8OºC de sorte de limiter le risque de formation de plis sur la bande (cool buckle),
- ensuite l'eau pulvérisée est à 40ºC de sorte d'obtenir un refroidissement rapide, dans toute la zone (DII, DIII, DIV ;D'II, D1III, D'IV) où la température de bande est nettement supérieure à la température de Lindenfrost,
- puis, dans la zone critique (DV1D1V), ou zone de transition, où la température de bande est voisine de la température de Lindenfrost, la température de l'eau est portée à 80ºC de sorte de rester le plus longtemps possible en film de vapeur,
- pour finir, dans la zone (DVI, D'VI) où la température de bande est inférieure à la température de Lindenfrost, la température de l'eau est ramenée à 4OºC pour atteindre rapidement la température de bande (6OºC) requise en fin de refroidissement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle du refroidissement d'une bande métallique (B) en 5 défilement dans une section de refroidissement d'une ligne de traitement en continu par projection sur la bande d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, le refroidissement dépendant de paramètres comprenant la température, la vitesse, les caractéristiques du courant de fluide de refroidissement, caractérisé en ce que :
10 - on détermine une ou des zones dans lesquelles les paramètres du refroidissement sont tels que pourrait se produiie, ou se produit, ia disparition locale d'un film de vapeur à ia surface de ia bande chaude, entraînant un remoυijlage de la bande, - et on ajuste, comme paramètre de refroidissement dans la ou les zones ainsi 15 déterminées, au moins la température du liquide de refroidissement laquelle température est augmentée dans la zone où pourrait se produire un remouillage, ou où celui-ci se produit, afin de maintenir ou de revenir à, un refroidissement en film de vapeur à la surface de la bande, résultant du phénomène de caléfaction au liquide de refroidissement au contact de la bande
20 chaude.
2. Procédé seioπ la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on ajuste, comme paramètre de refroidissement, un paramètre de pulvérisation formé par la vitesse et/ou le diamètre des gouttes de liquide de refroidissement. 25
3. Procédé de refroidissement selon la revendication 1 ou 2, faisant intervenir une section de refroidissement avec plusieurs unités de refroidissement (DI,DII,DIII) successives selon le sens de défilement de ia bande, caractérisé en ce que la température du liquide de refroidissement est ajustée de sorte
30 qu'elle soit différente entre deux unités de refroidissement successives de la section de refroidissement
4 Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue un ajustement combiné de la 35 température et du débit ou liquide de refroidissement afin de permettre de moduler le flux thermique extrait de la bande.
5. Procédé de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du liquide de refroidissement est ajustée sur la largeur de Ia bande.
6. Procédé de refroidissement selon la revendication 5. caractérisé en ce que plusieurs unités (DIa... Dle) de projection du fluide de refroidissement sont réparties suivant la largeur de ia bande, et en ce que la température et le débit du liquide de refroidissement pour chaque unité de projection sont ajustés sur îa largeur de la bande.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que Ia température du liquide est ajustée en début de refroidissement de sorte de limiter la variation de ia pente de température résultant du refroidissement par rapport au chauffage ou par rapport au maintien en température précédent.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température du liquide est ajustée selon Ia capacité de refroidissement visée de sorte de limiter les variations de débit du liquide de refroidissement.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour déterminer une ou des zones de section de refroidissement dans lesquelles les paramètres du refroidissement sont tels que pourrait se produire, ou se produit, la disparition locale d'un film de vapeur à la surface de la bande chaude, entraînant un remouillage de la bande, on effectue des essais préalables au cours desquels : - on fait varier les conditions opératoires •• on observe quand se produit le remouillage de la bande et dans quelle zone de la section de refroidissement,
• et, toutes les autres conditions opératoires élant fixées, on assure l'élévation progressive de Ia température du liquide de la zone où se produit le remouillage afin de permettre de définir la température de liquide requise pour supprimer le remouillage et revenir à une situation de film de vapeur dans Ia zone étudiée.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'on reproduit ies essais dans une zone suivante dans le sens de défilement de la bande de sorte de rester en film de vapeur dans toute la section de refroidissement, ou lorsque cela n'est pas possible, de repousser à une plus basse température le début du remouillage.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que pour définir le moment où se produit le remouillage et la zone dans laquelle celui-ci se produit, on détermine l'apparition d'une forte augmentation du gradient de température transversal de la bande et d'une nette rupture de pente de refroidissement résultant du refroidissement plus intense en l'absence de film de vapeur, à l'aide de dispositifs de mesures de température de la bande dans les zones où le remouiflage est susceptible de se produire.
12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11 , caractérisé en ce que les essais portent dans une zone située sur la longueur de brin de Ia bande métallique où la température de la bande est comprise entre 450ºC et 25OºC, et en plusieurs points sur la largeur de la bande de sorte de déceler des fortes variations de température.
13. Section de refroidissement d'une ligne de traitement en continu pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des unités (Dl, DII, DIII) de projection sur une bande métallique d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, caractérisée en ce qu'elle comporte, pour au moins une unité de projection d'un liquide de refroidissement sur la bande, un ensemble (A) d'alimentation en liquide de refroidissement comprenant deux circuits distincts d'alimentation en eau froide (1) et en eau chaude (2), chacun étant équipé d'une vanne de régulation (CV1, CV2) et relié à une même conduite de sortie (3), un contrôleur de débit (CD) du mélange étant prévu sur la conduite de sortie (3) ainsi qu'un contrôleur de température (TE) du mélange.
14. Section de refroidissement selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'ensemble (A) d'alimentation comporte un régulateur (R) permettant d'ajuster la proportion des débits d'eau froide et d'eau chaude de sorte d'obtenir le débit global visé de liquide à la température souhaitée, et ce pour chaque dispositif de projection (DI1DII1DIII).
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