WO2015097649A1 - Procede de pilotage d'une ligne de traitement thermique d'une bande metallique, et ligne pour la mise en oeuvre du procede - Google Patents

Procede de pilotage d'une ligne de traitement thermique d'une bande metallique, et ligne pour la mise en oeuvre du procede Download PDF

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WO2015097649A1
WO2015097649A1 PCT/IB2014/067233 IB2014067233W WO2015097649A1 WO 2015097649 A1 WO2015097649 A1 WO 2015097649A1 IB 2014067233 W IB2014067233 W IB 2014067233W WO 2015097649 A1 WO2015097649 A1 WO 2015097649A1
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WO
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columns
heating
radiant tubes
zone
tubes
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Application number
PCT/IB2014/067233
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English (en)
Inventor
Hervé LE TALLEC
Original Assignee
Fives Stein
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/562—Details
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments

Definitions

  • the field of application of the invention is that of heating zones and maintaining a heat treatment line, including annealing or galvanizing line, continuous metal strips.
  • the invention relates more precisely to the control method of the heating means constituted by radiant tubes.
  • a heat treatment line is provided with a maximum heat output, obtained with a determined number of radiant tubes operating continuously. Such maximum power is not required very often and the line operates mostly below the maximum power, which means that some of the radiant tubes must be switched off or run intermittently.
  • the radiant tubes in particular their burners, operate in all or nothing, according to a predetermined sequence of ignition when the power demanded at the treatment line is lower than the maximum power, for which the tubes remain lit continuously.
  • the concept of a cycle in operation in all or nothing is the "time base" used for the regulation of the power injected by the burner. As the burner, when it is on, runs at 100% of its power, the power injected into the furnace is modulated by making it work part of its cycle time. It follows from this temporal cycling a thermal cycling in the tube material that induces variations in the level of thermomechanical stresses that can cause damage to the tube by thermal fatigue.
  • the tubes operate in cycles that can last, for example, two minutes.
  • the burner will be ignited for 50% of the time at its maximum speed, that is to say for one minute.
  • the burner will therefore be supplied with oxidant, for example air and fuel, by example of natural gas through an ignition box that controls the solenoid valves, spark plug and flame detection.
  • oxidant for example air and fuel
  • the lines according to the state of the art are dimensioned in such a way that for a heat demand corresponding to the maximum operating speed of the line, all the radiant tubes are lit 100% of the time with a maximum tube temperature, in order to transfer maximum energy to the web based on line and product characteristics.
  • the power delivered by all the radiant tubes will be less than the maximum power. It can be, for example, 60% of this maximum power.
  • Many heating strategies can be adopted to deliver this power. For example, it is possible to switch on each of the burners in the heating zone 60% of the cycle time, which will have the effect of delivering the required power of 60% of the maximum power, but the burner of each of the radiant tubes will be switched on at each cycle causing a complete ignition sequence with opening and closing control of the fuel and oxidant supply solenoid valves. This can be detrimental to the total lifespan of said equipment and cause failures likely to increase maintenance operations, thus increase the operating cost of the installation, or even make it necessary to stop the line to perform these operations of maintenance, which leads to significant production losses in the line.
  • the main object of the present invention is to provide a solution to these problems by proposing a method of controlling the radiant tubes in order to reduce the number of ignitions and to reduce - when possible - the maximum temperature of the tubes radiant.
  • the combination of these means makes it possible to considerably increase the service life of these radiant tubes, which limits the maintenance operations and the costs associated with it.
  • a limited number of radiant tubes are continuously operated in the heating zone, in particular substantially equal to N max * Require / Pmax ,, corresponding to the desired thermal demand in this heating zone,
  • the maximum temperature for the radiant tubes ignited is reduced, this in order to limit the deformation by creep of the metal tube of the radiant tube.
  • the control of the columns or rows of radiant tubes continuously lit to reduce the number of actions of the valves and peripheral equipment of the burner is ensured in such a way that the time of maintaining the metal strip to be treated is adjusted according to the metallurgical requirements of the steels of the metal strip.
  • the set of radiant tubes of the first columns of the heating zone are lit so that the band reaches its annealing temperature "at the earliest" at the last column of lit tubes, for an extended holding time, greater than normal time. By this means, it is possible to increase the duration of the maintenance bearing.
  • All the radiant tubes of the last columns of the heating zone are lit so that the band reaches its holding temperature "at the latest" at the last column of tubes lit, for a holding time corresponding to the time of stay of the band in the zone of maintenance.
  • Part of the radiant tubes of all the columns of the heating zone is lit, so that the band reaches its annealing temperature at the last column with the lowest heating slope possible.
  • the number of radiant tubes in a holding zone column is smaller than that of a heating zone column because the thermal demand of the band is much lower in the holding zone than in the heating zone.
  • the holding time can be reduced by operating all the radiant tubes of the last columns of the heating zone and all the radiant tubes of the first columns of the holding zone to heat the band to its annealing temperature. "At the latest.
  • the control of columns or rows of radiating tubes permanently lit is carried out so that the maximum temperature of the radiant tubes is reduced, for example from 960 ° C to 920 ° C when the thermal demand is less than, for example, 80% of the maximum demand.
  • the invention also relates to a line of continuous heat treatment, in particular of annealing, of metal strip, comprising a control system configured to implement a method according to the invention, the line being equipped with radiant tubes able to be heated by the combustion of a fossil fuel, the annealing line comprising an enclosure adapted to receive the metal strip on a plurality of rollers capable of guiding it, in a multitude of passes, in particular vertical, the radiant tubes being arranged in rows and columns, the radiant tubes operating in all or nothing, by ignition and extinction, the heating zone having a number Nmax of radiant tubes to ensure, when all the tubes operate continuously, the heating power Pmax of the line, this zone of heating being followed by a holding zone.
  • the holding zone may be arranged in the same enclosure as the heating zone and comprise, for its first columns, a number of radiant tubes per column identical to that installed in the heating zone so as to make it possible to operate these columns of the zone. maintaining either as heating columns or as holding columns.
  • the invention also relates to a line of continuous heat treatment, in particular of annealing, of a metal strip for the implementation of the method defined above, this line being equipped with radiant tubes heated by the combustion of a fossil fuel, the line treatment comprising an enclosure in which penetrates the metal strip on a plurality of rollers ensuring its guidance, in a multitude of passes, in particular vertical, the radiant tubes being arranged in rows and columns, the radiant tubes operating in all or nothing by igniting and extinguishing, the heating zone comprising a number N max of radiant tubes to ensure, when all the tubes are operating continuously, the heating power P ma x of the line, this heating zone being followed by a zone of maintaining, the line being characterized in that the holding zone is disposed in the same enclosure as the heating zone and comp for its first columns, a number of radiant tubes per column identical to that installed in the heating zone so as to allow these columns of the holding zone to function as heating columns or as holding columns.
  • the invention consists, apart from the arrangements set out above, in a certain number of
  • Fig.1 is a schematic section of a state-of-the-art treatment line of which some radiant tubes at a given instant and shown in black are lit, and others at the same time shown in white are extinguished.
  • Fig.2 is a schematic section similar to Figs. 1 of a treatment line according to the invention, the radiant tubes being classified in columns and rows, with a heating zone and a separate holding zone, the number of radiant tubes of the first columns of the holding zone being identical to that of the heating zone.
  • Fig.3 is a schematic section similar to Fig. 2 of a treatment line according to the invention in which the heating zone and the holding zone are joined together.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the heating and holding curves, with the temperature plotted on the ordinate and the positions of the columns of radiant tubes carried on the abscissa, and
  • FIG. 5 is a graph illustrating the temperature of the radiant tube carried on the ordinate, as a function of the requested heat output on the abscissa.
  • a continuous heat treatment line of metal strip 2 comprising a zone Z1 for preheating the strip, for example by hot gas jets, a zone Z2 of heating the strip by radiant tubes, a zone Z3 temperature maintenance of the strip also equipped with radiant tubes and downstream areas Z4 and following not detailed for other processing of the strip, for example cooling.
  • This line is composed of an insulated enclosure 1 in which the strip 2 penetrates on a plurality of rollers 3 ensuring its guidance in a multitude of vertical passes. On the height of each vertical pass are arranged radiant tubes 4, 5 schematically represented by rectangles. In the heating zone Z2, radiant tubes are provided. The maximum heat output P max that can be supplied by this zone corresponds to the ignition of all the tubes continuously.
  • determining a number N re quired tubes which remain lit continuously that is to say continuously to produce the requested power while other radiant tubes will remain off.
  • the number N re quired is substantially equal to N s P re quise / Pmax ⁇
  • the extinguished tubes 4 are shown in white, the lit tubes 5 are shown in black.
  • the lit and unlit tubes 4 are distributed in the different columns.
  • the radiant tubes are individually controlled by a computer.
  • the fraction of the cycle during which a tube is lit has the same duration for all the tubes, but its position on the time scale can vary from one tube to another, within the same cycle. This explains that at a given moment, as shown in Fig.1, some tubes are lit while others are off.
  • FIG. 2 shows the heating zones Z2 and Z3 of a continuous treatment line according to the invention on which the radiant tubes have been marked from left to right according to columns C1 to C1 1 for the heating zone Z2 and following the columns C12 to C16 for the holding zone Z3.
  • the radiant tubes have also been located vertically along the rows R1 to R5.
  • Various ignition strategies of the burners of the radiant tubes can be implemented to reduce the number of ignitions, thus of movements of the valves and controls of ignition box.
  • a first possibility is to regulate the ignitions of the burners in rows: for example to obtain a power of 60% of the installed power P ma x, all the burners of the columns C1 to C1 1 are lit continuously, for example according to rows R1 at R3.
  • the power modulation will be performed either by switching off some radiant tubes of row 3 if we want to reduce the power, or by lighting some burners of row 4 if we want to increase it.
  • the annealing temperature is reached at the level of the column C1 1 at the end of the heating zone and the maintenance is carried out according to the columns C12 to C15 according to a holding time represented by T2, corresponding to the residence time of the band in the zone Z3.
  • the same method can be applied according to the columns, by lighting up complete columns, for example the columns C1 to C6, continuously and by adjusting the power required for the process by cyclically igniting some burners of the column C7 in the event of an increase. heat demand or extinguishing C6 column burners in the event of its reduction.
  • the heating will be concentrated at the input of the heating zone Z2, as illustrated by the curve H1 in FIG. 4, and the annealing temperature is reached at the level of the column C6; the columns C7 to C1 1 only serve to maintain the temperature of the strip at the same level as what is achieved in the zone Z3 by the columns C12 to C15.
  • the resulting holding time is then T1 such that presented in Fig.4, that is to say that the maintenance is very long, which can be interesting to obtain a particular metallurgical structure for example.
  • the same method can be applied according to the columns by lighting the complete columns starting from the end of the heating zone, for example by continuously lighting the columns C6 to C1 1 and regulating the power transmitted by cyclically igniting the burners of the heating zone. column C5.
  • the zone output radiant tubes Z2 are permanently lit, the strip is heated towards the exit of this zone, as illustrated by the curve H3 in FIG. 4, and the duration of the maintenance is actually that which stems from the length of zone Z3.
  • the heating zone inlet C1 to C5 columns can simply be maintained in temperature to limit the condensation on the walls for example.
  • Fig. 3 shows an installation according to the invention for which the zones Z2 and Z3 have been placed in the same enclosure, the columns C12 and C13 of the holding zone Z3 are equipped with the same number of radiant tubes as the heating zone Z2. This makes it possible to use these columns C12 and C13 as a heating zone or holding zone. If C12 and C13 are used as a heating zone, for a heating of the column C8 to the column C13 as illustrated by the curve H4 in Fig.4, the length of the holding zone T4 is then reduced, which reduces as much the residence time of the band in this zone and thus makes it possible to adjust the holding time according to the desired cycle.
  • FIG. 4 that controlling the radiant tubes of the various columns C1 to C15 makes it possible to limit the ignitions / extinguishers of the burners as already explained, but also to adjust the length of the holding zone which makes it possible to control the time during which the metal strip to be treated will reside in this zone.
  • This characteristic makes it possible to adapt the mode of operation of the line to the cycle to be performed, in particular to adapt the duration of the maintenance as a function of the metallurgical characteristics of the steel to be obtained. This possibility does not exist today on production lines according to the state of the art, which do not offer this flexibility to the metallurgists for the development of new steels they wish to achieve.
  • FIG. 4 illustrates these examples by a graph showing on the abscissa the different columns, therefore an image of the residence time of the strip in the corresponding zone and on the ordinate the temperatures of the strip at the considered point of the treatment.
  • Curve H1 shows a treatment with a heating carried out by columns C1 to C6 and a maintenance carried out by columns C7 to C15 according to a time corresponding to T1.
  • the curve H2 shows a treatment with a heating performed by the columns C1 to C1 1, the maintenance being performed by the columns C12 to C15 following a holding time corresponding to T2.
  • Curve H3 has a treatment with the same band heating slope as H1 but performed by columns C6 to C1 1 to achieve the same annealing temperature for the maintenance carried out by columns C12 to C15 according to the time corresponding to T2.
  • the curve H4 has a heating slope identical to that of H1 or H3, carried out by the columns C8 to C13 and a maintenance carried out by C14 and C15 corresponding to a time T4.
  • This arrangement of the radiant tubes according to the invention and according to FIG. 3 therefore makes it possible, by controlling the ignition of the radiant tubes, to carry out annealing cycles with heating slopes and heating times. adjustable retention while improving the service life of the radiant tubes.
  • the radiant tubes of the zone are not all lit.
  • This change of operating mode can be obtained for example by changing the maximum operating temperature of the radiant tube in the furnace control system, in particular in the operating safety of each radiant tube.
  • the same result can also be obtained by acting on the operating parameters of the burner of the radiant tube, for example on the pressure of the fuel, the oxidant or both simultaneously.
  • Fig.5 shows this mode of operation.
  • the percentages of production of the corresponding line or heat demand with a benchmark at 80% of the maximum demand and another at 100% of this maximum demand.
  • the maximum temperature values accepted by the combustion control and control system are the maximum temperature values accepted by the combustion control and control system.
  • the temperature of the radiant tube will be brought to Tmax.
  • the mode of operation with a higher tube temperature Tred is only necessary during the periods of operation of the line P re quise near my P x, for example at the start of the line, during transient operating phases of the line or for important formats, which represents a limited part of his time of use.
  • the arrangements for controlling the ignition of the radiant tubes according to the invention make it possible to increase the service life of the radiant tubes without reducing the production of the line and this by offering great flexibility in the execution of the cycles. required by the metallurgy, in particular by making it possible to adjust the heating slopes of the band as well as the holding times as a function of the requirements of the metallurgical cycles.

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Abstract

Procédé de pilotage des zones de chauffage (Z2) et de maintien (Z3) d'une ligne continue de traitement thermique de bande métallique, ligne équipée de tubes radiants chauffés par la combustion d'un combustible fossile, la ligne comportant une enceinte dans laquelle pénètre la bande métallique sur une pluralité de rouleaux assurant son guidage, selon une multitude de passes, en particulier verticales, les tubes radiants étant disposés suivant des rangées et des colonnes, les tubes radiants fonctionnant en tout ou rien, par allumage et extinction, la zone de chauffage comportant un nombre Nmax de tubes radiants pour assurer, lorsque tous les tubes fonctionnent en continu, la puissance calorifique Pmax de la ligne; lorsque la puissance calorifique Prequise demandée est inférieure à Pmax, on fait fonctionner de façon continue, dans la zone de chauffage, un nombre limité de tubes radiants, correspondant à la demande thermique souhaitée dans cette zone de chauffage, un nombre réduit de tubes fonctionnant de manière intermittente pour répondre aux fluctuations de la demande thermique autour d'une valeur moyenne.

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D'UNE LIGNE DE TRAITEMENT THERMIQUE D'UNE BANDE METALLIQUE, ET LIGNE POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE. Le domaine d'application de l'invention est celui des zones de chauffage et de maintien d'une ligne de traitement thermique, notamment ligne de recuit ou de galvanisation, de bandes métalliques en continu. L'invention concerne plus précisément le procédé de pilotage des moyens de chauffage constitués par des tubes radiants.
Les lignes modernes de traitement thermique de bandes métalliques fonctionnent avec des tubes radiants chauffés au gaz, pilotés en tout ou rien dans les zones de chauffage ou de maintien en température.
De manière générale, une ligne de traitement thermique est prévue avec une puissance calorifique maximale, obtenue avec un nombre déterminé de tubes radiants fonctionnant en continu. Une telle puissance maximale n'est pas exigée très souvent et la ligne fonctionne la plupart du temps à une puissance inférieure à la puissance maximale, ce qui signifie que certains des tubes radiants doivent être éteints ou fonctionner par intermittence.
Les tubes radiants, notamment leurs brûleurs, fonctionnent en tout ou rien, selon une séquence prédéterminée d'allumage lorsque la puissance demandée à la ligne de traitement est inférieure à la puissance maximale, pour laquelle les tubes restent allumés en continu. La notion de cycle en fonctionnement en tout ou rien est la « base de temps >> utilisée pour la régulation de la puissance injectée par le brûleur. Comme le brûleur, quand il est allumé, fonctionne à 100 % de sa puissance, on module la puissance injectée dans le four en le faisant fonctionner une partie de son temps de cycle. Il découle de ce cyclage temporel un cyclage thermique dans le matériau du tube qui induit des variations du niveau des contraintes thermomécaniques subies qui peuvent provoquer l'endommagement du tube par fatigue thermique.
En tout ou rien, les tubes fonctionnent suivant des cycles qui peuvent durer, par exemple, deux minutes. Pour une demande calorifique de 50 %, à chaque cycle, le brûleur sera allumé pendant 50 % du temps à son régime maxi, c'est-à-dire pendant une minute. A chaque cycle, le brûleur sera donc alimenté en comburant, par exemple de l'air et en carburant, par exemple du gaz naturel par l'intermédiaire d'un coffret d'allumage qui commande les électrovannes, la bougie d'allumage et la détection de flamme. L'endommagement du tube radiant est provoqué, surtout, par deux paramètres de fonctionnement :
- le niveau élevé de température du tube, qui provoque à terme son fluage et sa déformation,
- le régime cyclique de fonctionnement, qui provoque des variations du niveau des contraintes mécaniques dans le tube radiant qui peuvent entraîner la fissuration ou sa rupture.
Le choix du principe de pilotage des tubes radiants et la nécessité économique de les faire fonctionner à des températures élevées pour réduire la taille et le prix des installations provoque donc un risque d'endommagement du tube et de ses équipements périphériques.
Les lignes suivant l'état de l'art sont dimensionnées de telle façon que pour une demande calorifique correspondant au régime de fonctionnement maximum de la ligne, tous les tubes radiants sont allumés 100 % du temps avec une température de tube maximum, ceci afin de transférer une énergie maximale à la bande en fonction des caractéristiques de la ligne et du produit.
Pour une demande calorifique plus faible, par exemple pour la production d'une bande fine à vitesse de ligne réduite, la puissance délivrée par l'ensemble des tubes radiants sera inférieure à la puissance maximale. Elle peut être, par exemple, de 60 % de cette puissance maxi. De nombreuses stratégies de chauffage peuvent être adoptées pour délivrer cette puissance. Il est par exemple possible d'allumer chacun des brûleurs de la zone de chauffage 60 % du temps de cycle, ce qui aura pour effet de délivrer la puissance requise de 60 % de la puissance maximale, mais le brûleur de chacun des tubes radiants sera allumé à chaque cycle provoquant une séquence d'allumage complète avec commande d'ouverture et de fermeture des électrovannes d'alimentation en combustible et comburant. Ceci peut être dommageable à la durée de vie totale desdits équipements et provoquer des défaillances de nature à augmenter les opérations de maintenance, donc augmenter le coût d'exploitation de l'installation, voire de rendre nécessaires des arrêts de la ligne pour réaliser ces opérations de maintenance, ce qui entraîne des pertes de production importantes de la ligne.
La présente invention a pour but, surtout, d'apporter une solution à ces problèmes en proposant un procédé de pilotage des tubes radiants visant à en réduire le nombre d'allumages et à en réduire - quand cela est possible - la température maxi des tubes radiants. La combinaison de ces moyens permet d'augmenter considérablement la durée de vie de ces tubes radiants ce qui limite les opérations de maintenance et les coûts qui lui sont associés.
Selon l'invention, le procédé de pilotage des zones de chauffage et de maintien d'une ligne continue de traitement thermique, notamment de recuit, de bande métallique, ligne équipée de tubes radiants chauffés par la combustion d'un combustible fossile, la ligne comportant une enceinte dans laquelle pénètre la bande métallique sur une pluralité de rouleaux assurant son guidage, selon une multitude de passes, en particulier verticales, les tubes radiants étant disposés suivant des rangées et des colonnes, les tubes radiants fonctionnant en tout ou rien, par allumage et extinction, la zone de chauffage comportant un nombre Nmax de tubes radiants pour assurer, lorsque tous les tubes fonctionnent en continu, la puissance calorifique Pmax de la ligne, et étant suivie d'une zone de maintien,
est caractérisé en ce que, lorsque la puissance calorifique Prequise demandée est inférieure à Pmax :
- on fait fonctionner de façon continue, dans la zone de chauffage, un nombre limité de tubes radiants, en particulier sensiblement égal à Nmax * Prequise / Pmax,, correspondant à la demande thermique souhaitée dans cette zone de chauffage,
- un nombre limité de tubes radiants sont utilisés de façon traditionnelle cycliquement pour ajuster la puissance à la demande thermique Prequise,
- et les autres tubes radiants restent éteints en permanence.
Avantageusement, pour une demande thermique inférieure à la capacité de la ligne, en particulier inférieure à 80% de la capacité de la ligne, la température maximale pour les tubes radiants allumés est réduite, ceci afin de limiter la déformation par fluage du tube métallique du tube radiant.
De préférence, le pilotage des colonnes ou rangées de tubes radiants allumés en permanence pour réduire le nombre d'actions des vannes et équipements périphériques du brûleur est assuré de telle façon que le temps de maintien de la bande métallique à traiter soit ajusté en fonction des exigences métallurgiques des aciers de la bande métallique.
L'ensemble des tubes radiants des premières colonnes de la zone de chauffage sont allumés pour que la bande atteigne sa température de recuit « au plus tôt >> au niveau de la dernière colonne de tubes allumés, pour un temps de maintien allongé, supérieur au temps normal. Par ce moyen, il est possible d'augmenter la durée du palier de maintien.
L'ensemble des tubes radiants des dernières colonnes de la zone de chauffage sont allumés pour que la bande atteigne sa température de maintien « au plus tard >> au niveau de la dernière colonne de tubes allumés, pour un temps de maintien correspondant au temps de séjour de la bande dans la zone de maintien.
Une partie des tubes radiants de toutes les colonnes de la zone de chauffage est allumée, pour que la bande atteigne sa température de recuit au niveau de la dernière colonne avec une pente de chauffage la plus faible possible. Par ce moyen, et pour un temps de maintien identique, il est possible de faire varier la pente de chauffage, par exemple en fonction des caractéristiques du produit ou du type de traitement thermique à réaliser.
Le nombre de tubes radiants dans une colonne de zone de maintien est plus faible que celui d'une colonne de zone de chauffage car la demande thermique de la bande est beaucoup plus faible dans la zone de maintien que dans la zone de chauffage. En installant dans les premières colonnes de la zone de maintien un nombre de tubes radiants identique à celui installé dans la zone de chauffage, il est possible de faire fonctionner ces colonnes de la zone de maintien soit comme des colonnes de chauffage, soit comme des colonnes de maintien.
Le temps de maintien peut être réduit en faisant fonctionner l'ensemble des tubes radiants des dernières colonnes de la zone de chauffage et l'ensemble des tubes radiants des premières colonnes de la zone de maintien pour chauffer la bande jusqu'à sa température de recuit « au plus tard .De préférence, le pilotage des colonnes ou rangées de tubes radiants allumés en permanence est réalisé de façon à ce que la température maximale des tubes radiants soit réduite, par exemple de 960°C à 920°C lorsque la demande thermique est inférieure à, par exemple, 80% de la demande maximale. L'invention concerne également une ligne de traitement thermique continu, notamment de recuit, de bande métallique, comprenant un système de pilotage configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l'invention, la ligne étant équipée de tubes radiants aptes à être chauffés par la combustion d'un combustible fossile, la ligne de recuit comportant une enceinte adaptée pour recevoir la bande métallique sur une pluralité de rouleaux aptes à assurer son guidage, selon une multitude de passes, en particulier verticales, les tubes radiants étant disposés suivant des rangées et des colonnes, les tubes radiants fonctionnant en tout ou rien, par allumage et extinction, la zone de chauffage comportant un nombre Nmax de tubes radiants pour assurer, lorsque tous les tubes fonctionnent en continu, la puissance calorifique Pmax de la ligne, cette zone de chauffage étant suivie d'une zone de maintien.
La zone de maintien peut être disposée dans la même enceinte que la zone de chauffage et comporter, pour ses premières colonnes un nombre de tubes radiants par colonne identique à celui installé en zone de chauffage de façon à permettre de faire fonctionner ces colonnes de la zone de maintien soit comme des colonnes de chauffage soit comme des colonnes de maintien.
L'invention concerne également une ligne de traitement thermique continu, notamment de recuit, d'une bande métallique pour la mise en œuvre du procédé défini précédemment, cette ligne étant équipée de tubes radiants chauffés par la combustion d'un combustible fossile, la ligne de traitement comportant une enceinte dans laquelle pénètre la bande métallique sur une pluralité de rouleaux assurant son guidage, selon une multitude de passes, en particulier verticales, les tubes radiants étant disposés suivant des rangées et des colonnes, les tubes radiants fonctionnant en tout ou rien, par allumage et extinction, la zone de chauffage comportant un nombre Nmax de tubes radiants pour assurer, lorsque tous les tubes fonctionnent en continu, la puissance calorifique Pmax de la ligne, cette zone de chauffage étant suivie d'une zone de maintien, la ligne étant caractérisée en ce que la zone de maintien est disposée dans la même enceinte que la zone de chauffage et comporte, pour ses premières colonnes, un nombre de tubes radiants par colonne identique à celui installé en zone de chauffage de façon à permettre de faire fonctionner ces colonnes de la zone de maintien soit comme des colonnes de chauffage, soit comme des colonnes de maintien. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci- dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :
Fig.1 est une coupe schématique d'une ligne de traitement selon l'état de l'art dont certains tubes radiants à un instant donné et représentés en noir, sont allumés, et d'autres au même instant représentés en blanc sont éteints.
Fig.2 est une coupe schématique semblable à Fig. 1 d'une ligne de traitement selon l'invention, les tubes radiants étant classés en colonnes et en rangées, avec une zone de chauffage et une zone de maintien séparée, le nombre de tubes radiants des premières colonnes de la zone de maintien étant identique à celui de la zone de chauffage.
Fig.3 est une coupe schématique semblable à Fig. 2 d'une ligne de traitement selon l'invention dans laquelle la zone de chauffage et la zone de maintien sont réunies.
Fig.4 est un diagramme illustrant les courbes de chauffage et de maintien, avec la température portée en ordonnée et les positions des colonnes de tubes radiants portées en abscisse, et
Fig.5 est un graphe illustrant la température du tube radiant portée en ordonnée, en fonction de la puissance calorifique demandée portée en abscisse.
En se reportant à Fig.1 des dessins on peut voir les premières zones d'une ligne de traitement thermique en continu de bande métallique 2 comprenant une zone Z1 de préchauffage de la bande, par exemple par jets de gaz chauds, une zone Z2 de chauffage de la bande par des tubes radiants, une zone Z3 de maintien en température de la bande également équipée de tubes radiants et des zones aval Z4 et suivantes non détaillées pour d'autres traitements de la bande, par exemple son refroidissement.
Cette ligne est composée d'une enceinte calorifugée 1 dans laquelle pénètre la bande 2 sur une pluralité de rouleaux 3 assurant son guidage selon une multitude de passes verticales. Sur la hauteur de chaque passe verticale sont disposés des tubes radiants 4, 5 représentés schématiquement par des rectangles. Dans la zone de chauffage Z2, tubes radiants sont prévus. La puissance calorifique maximale Pmax qui peut être fournie par cette zone correspond à l'allumage de tous les tubes en continu.
Selon l'état de l'art, lorsque la puissance calorifique demandée Prequise est inférieure à Pmax, par exemple égale à 60% de Pmax , chacun des tubes de la zone de chauffage sera allumé pendant 60 % du temps de cycle.
Le principe d'allumage cyclique des brûleurs n'est pas optimum car le brûleur de chaque tube radiant est allumé à chaque cycle, avec la possibilité d'atteindre une température maximum élevée. Les conditions de dégradation des tubes radiants par fluage ou par rupture de fatigue sont donc réunies. Il est donc nécessaire de développer d'autres stratégies d'allumage et de contrôle des tubes radiants pour apporter une solution à ce problème.
Au contraire, selon l'invention, on détermine un nombre Nrequis de tubes qui resteront allumés en continu, c'est-à-dire en permanence pour produire la puissance demandée, alors que les autres tubes radiants resteront éteints. Dans la mesure où tous les tubes ont même puissance, le nombre Nrequis est sensiblement égal à Ns Prequise / Pmax■ Quelques tubes pourront être allumés cycliquement, selon la fluctuation possible de la puissance demandée.
Sur Fig.1 , selon l'état de l'art, les tubes éteints 4 sont représentés en blanc, les tubes allumés 5 sont représentés en noir. Les tubes allumés 5 et éteints 4 sont répartis dans les différentes colonnes. Les tubes radiants sont commandés individuellement par un calculateur. La fraction du cycle pendant laquelle un tube est allumé a même durée pour tous les tubes, mais sa position sur l'échelle du temps peut varier d'un tube à l'autre, à l'intérieur d'un même cycle. Ceci explique qu'à un instant donné, comme représenté sur Fig.1 , certains tubes sont allumés alors que d'autres sont éteints.
Fig.2 présente les zones de chauffage Z2 et Z3 d'une ligne de traitement continu selon l'invention sur laquelle les tubes radiants ont été repérés de la gauche vers la droite suivant des colonnes C1 à C1 1 pour la zone de chauffage Z2 et suivant les colonnes C12 à C16 pour la zone Z3 de maintien. Les tubes radiants ont également été repérés verticalement suivant les rangées R1 à R5. Diverses stratégies d'allumage des brûleurs des tubes radiants peuvent être mises en œuvre afin de réduire le nombre d'allumages, donc de mouvements de vannes et commandes de coffret d'allumage.
Une première possibilité consiste à réguler les allumages des brûleurs par rangées : par exemple pour obtenir une puissance de 60 % de la puissance installée Pmax, tous les brûleurs des colonnes C1 à C1 1 sont allumés en continu, par exemple selon les rangées R1 à R3. La modulation de puissance sera effectuée soit en éteignant quelques tubes radiants de la rangée 3 si on veut réduire la puissance, soit en allumant quelques brûleurs de la rangée 4 si on veut l'augmenter.
On voit par ce moyen qu'une grande partie des brûleurs des tubes radiants sont allumés de façon continue avec un régime thermique stable sans mouvement des vannes d'alimentation en combustible et sans solliciter les équipements d'allumage. Pour ce mode d'allumage, le chauffage est pratiquement également réparti sur toute la longueur de la zone Z2, la bande sera donc chauffée avec une pente moyenne jusqu'à atteindre la température de recuit en sortie de zone de chauffage pour suivre une phase de recuit à température stable correspondant à la longueur de la zone de recuit Z3.
Le chauffage ainsi obtenu est représenté sur Fig.4 par la courbe
H2, à pente de chauffage réduite parce que le chauffage est réparti sur toute la longueur de la zone Z2. La température de recuit est atteinte au niveau de la colonne C1 1 en fin de zone de chauffage et le maintien est réalisé suivant les colonnes C12 à C15 selon un temps de maintien représenté par T2, correspondant au temps de séjour de la bande dans la Zone Z3.
Le même procédé peut être appliqué selon les colonnes, en allumant des colonnes complètes par exemple les colonnes C1 à C6 de façon continue et en ajustant la puissance nécessaire au procédé par l'allumage cyclique de quelques brûleurs de la colonne C7 en cas d'augmentation de la demande calorifique ou en éteignant des brûleurs de la colonne C6 en cas de sa réduction. Dans cette configuration, le chauffage sera concentré en entrée de la zone de chauffage Z2, comme illustré par la courbe H1 sur Fig.4, et la température de recuit est atteinte au niveau de la colonne C6 ; les colonnes C7 à C1 1 ne servent qu'à maintenir la température de la bande au même niveau que ce qui est réalisé dans la zone Z3 par les colonnes C12 à C15. Le temps de maintien résultant est alors T1 tel que présenté sur Fig.4, c'est-à-dire que le maintien est très long, ce qui peut être intéressant pour obtenir une structure métallurgique particulière par exemple.
Le même procédé peut être appliqué selon les colonnes en allumant les colonnes complètes en partant de la fin de la zone de chauffage, par exemple en allumant de façon continue les colonnes C6 à C1 1 et en régulant la puissance transmise en allumant cycliquement les brûleurs de la colonne C5. Dans cette configuration, les tubes radiants de sortie de zone Z2 sont allumés en permanence, la bande est chauffée vers la sortie de cette zone, comme illustré par la courbe H3 sur Fig.4, et la durée du maintien est réellement celle qui découle de la longueur de la zone Z3. L'entrée de zone de chauffage colonnes C1 à C5 peut simplement être maintenue en température pour limiter les condensations sur les parois par exemple.
On voit sur les trois principes de pilotage de l'allumage des brûleurs des tubes radiants selon les courbes H1 , H2, H3 de l'installation présentée qu'il est possible de maintenir une grande majorité des tubes radiants allumés en permanence en lieu et place d'un fonctionnement cyclique. Ce mode de fonctionnement permet donc de réduire le nombre d'allumages des brûleurs, le nombre de mouvements de ses électrovannes et le nombre d'opérations des équipements périphériques d'allumages et ainsi provoquer une stabilité thermique de fonctionnement du tube radiant qui réduit le risque d'endommagement par fissuration telle que provoquée par les variations cycliques de sa température comme sur les installations suivant l'état de l'art. Ce mode de fonctionnement améliore donc considérablement la durée de vie des tubes radiants.
Fig. 3 présente une installation suivant l'invention pour laquelle les zones Z2 et Z3 ont été placées dans une même enceinte, les colonnes C12 et C13 de la zone de maintien Z3 sont équipés du même nombre de tubes radiants que la zone de chauffage Z2. Ceci permet d'utiliser ces colonnes C12 et C13 comme zone de chauffage ou zone de maintien. Si C12 et C13 sont utilisées comme zone de chauffage, pour un chauffage de la colonne C8 à la colonne C13 comme illustré par la courbe H4 sur Fig.4, la longueur de la zone de maintien T4 est alors réduite, ce qui réduit d'autant le temps de résidence de la bande dans cette zone et permet ainsi d'ajuster le temps de maintien en fonction du cycle souhaité. Inversement, si C12 et C13 sont utilisées en maintien et, par exemple, mais également C10 et C1 1 , la longueur de la zone de maintien est ainsi augmentée, ce qui augmente le temps de résidence de la bande dans cette zone, ce qui peut être intéressant pour réaliser des cycles spéciaux avec des temps de maintien allongés. Les colonnes qui sont utilisées en chauffage fonctionnent suivant le principe exposé ci-dessus.
On voit sur ces exemples correspondant aux courbes H1 à H4, de
Fig.4, que le pilotage des tubes radiants des différentes colonnes C1 à C15 permet de limiter les allumages/extinctions des brûleurs comme déjà exposé, mais également d'ajuster la longueur de la zone de maintien ce qui permet de contrôler le temps durant lequel la bande métallique à traiter va résider dans cette zone. Cette caractéristique permet d'adapter le mode de fonctionnement de la ligne au cycle à réaliser, en particulier d'adapter la durée du maintien en fonction des caractéristiques métallurgiques de l'acier à obtenir. Cette possibilité n'existe pas aujourd'hui sur les lignes de production suivant l'état de l'art, lesquelles n'offrent pas cette souplesse de fonctionnement aux métallurgistes pour l'élaboration des aciers nouveaux qu'ils souhaitent réaliser.
Fig.4 illustre ces exemples par un graphe présentant en abscisse les différentes colonnes, donc une image du temps de séjour de la bande dans la zone correspondante et en ordonnée les températures de la bande au point considéré du traitement.
La courbe H1 présente un traitement avec un chauffage réalisé par les colonnes C1 à C6 et un maintien réalisé par les colonnes C7 à C15 suivant un temps correspondant à T1 .
La courbe H2 présente un traitement avec un chauffage réalisé par les colonnes C1 à C1 1 , le maintien étant réalisé par les colonnes C12 à C15 suivant un temps de maintien correspondant à T2.
La courbe H3 présente un traitement avec la même pente de chauffage de bande que H1 mais réalisée par les colonnes C6 à C1 1 pour atteindre une même température de recuit pour le maintien réalisé par les colonnes C12 à C15 suivant le temps correspondant à T2.
La courbe H4 présente une pente de chauffage identique à celle de H1 ou H3, réalisée par les colonnes C8 à C13 et un maintien réalisé par C14 et C15 correspondant à un temps T4.
Cette disposition des tubes radiants selon l'invention et suivant Fig.3 permet donc, par le contrôle de l'allumage des tubes radiants, de réaliser des cycles de recuit avec des pentes de chauffage et des temps de maintien ajustables, ceci tout en améliorant la durée de vie des tubes radiants.
Pour une demande calorifique inférieure à PMAX, les tubes radiants de la zone ne sont pas tous allumés.
II n'est donc pas nécessaire d'utiliser les tubes radiants à des puissances très élevées, puissances au niveau desquelles les matériaux du tube sont exposés à des contraintes thermiques importantes à même de réduire leur durée de vie par fluage. On comprend que pour des demandes calorifiques limitées, par exemple inférieures à 80 % de la puissance totale de la zone, il est possible de réduire la température maximale du tube, par exemple de 960°C à 920°C, ce qui limitera considérablement le fluage du matériau ainsi que le risque de rupture qu'entraîne un fonctionnement à haute température.
Ce changement de mode de fonctionnement peut être obtenu par exemple par le changement de la température maximale d'utilisation du tube radiant dans le système de pilotage du four, en particulier dans les sécurités de fonctionnement de chaque tube radiant. Le même résultat peut être également obtenu en agissant sur les paramètres de fonctionnement du brûleur du tube radiant, par exemple sur la pression du combustible, du comburant ou des deux simultanément.
Bien entendu, la réduction de la température du tube va réduire l'échange de chaleur entre ce tube et la bande ce qui sera compensé par l'allumage de tubes radiants supplémentaires pour augmenter le temps total de chauffage de la bande.
Fig.5 présente ce mode de fonctionnement. En abscisse sont portés les pourcentages de production de la ligne ou de la demande calorifique correspondante, avec un repère à 80 % de la demande maximale et un autre à 1 00 % de cette demande maximale. En ordonnée sont portées les valeurs de température maximale acceptée par le système de pilotage et de contrôle de la combustion. On voit que pour des productions ou des demandes calorifiques inférieures à 80 % de la production maximale, le niveau maximum de température du tube radiant acceptable est TRed, inférieur à Tmax. Pour des productions ou des demandes calorifiques comprises entre 80 et 100 % de la production maximale, la température acceptable pour le tube radiant peut évoluer de façon linéaire entre Tred et Tmax comme présenté sur Fig.5 ou, pour des productions supérieures à
80 %, être directement indexée à la valeur de TMax.
Si la puissance totale est requise, par exemple pour un fonctionnement de la ligne avec un format maximum de bande ou à une vitesse maximale de défilement de cette bande, ou lors d'un fonctionnement transitoire entre deux régimes de production, la température du tube radiant sera portée à Tmax.
Le mode de fonctionnement avec une température de tube supérieure à TRed n'est cependant nécessaire que durant les périodes de fonctionnement de la ligne à Prequise proche de Pmax, par exemple au démarrage de la ligne, lors de phases transitoires de fonctionnement de la ligne ou pour des formats importants, ce qui représente une part limitée de son temps d'utilisation.
On voit que les dispositions pour le contrôle de l'allumage des tubes radiants selon l'invention permettent d'augmenter la durée de vie des tubes radiants sans réduire la production de la ligne et ceci en offrant une grande souplesse dans l'exécution des cycles requis par la métallurgie, en particulier en permettant d'ajuster les pentes de chauffage de la bande ainsi que les temps de maintien en fonction des nécessités des cycles métallurgiques.

Claims

REVENDICATIONS 1 . Procédé de pilotage des zones de chauffage (Z2) et de maintien (Z3) d'une ligne continue de traitement thermique, notamment de recuit, de bande métallique, ligne équipée de tubes radiants chauffés par la combustion d'un combustible fossile, la ligne comportant une enceinte dans laquelle pénètre la bande métallique sur une pluralité de rouleaux assurant son guidage, selon une multitude de passes, en particulier verticales, les tubes radiants étant disposés suivant des rangées et des colonnes, les tubes radiants fonctionnant en tout ou rien, par allumage et extinction, la zone de chauffage comportant un nombre Nmax de tubes radiants pour assurer, lorsque tous les tubes fonctionnent en continu, la puissance calorifique Pmax de la ligne, et étant suivie d'une zone de maintien,
caractérisé en ce que, lorsque la puissance calorifique Prequise demandée est inférieure à Pmax :
- on fait fonctionner de façon continue, dans la zone de chauffage, un nombre limité de tubes radiants, en particulier sensiblement égal à Nmax * Prequise / Pmax, correspondant à la demande thermique souhaitée dans cette zone de chauffage,
- un nombre limité de tubes radiants sont utilisés de façon traditionnelle cycliquement pour ajuster la puissance à la demande thermique Prequise,
- et les autres tubes radiants restent éteints en permanence.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que pour une demande thermique inférieure à la capacité de la ligne, en particulier inférieure à 80% de la capacité de la ligne, la température maximale pour les tubes radiants allumés est réduite, ceci afin de limiter la déformation par fluage du tube métallique du tube radiant.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le pilotage des colonnes (C1 -C15) ou rangées (R1 -R5) de tubes radiants allumés est assuré de telle façon que le temps de maintien (T1 ,T2, T4) de la bande métallique à traiter soit ajusté en fonction des exigences métallurgiques des aciers de la bande métallique.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes radiants des premières colonnes (C1 -C6) de la zone de chauffage sont allumés pour que la bande atteigne sa température de recuit « au plus tôt >> (H1 ) au niveau de la dernière colonne (C6) de tubes allumés, pour un temps de maintien allongé (T1 ), supérieur au temps normal (T2).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les tubes radiants des dernières colonnes (C6-C1 1 ) de la zone de chauffage sont allumés pour que la bande atteigne sa température de recuit « au plus tard » (H3) au niveau de la dernière colonne (C1 1 ) de tubes allumés, pour un temps de maintien (T2) correspondant au temps de séjour de la bande dans la zone de maintien.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une partie des tubes radiants de toutes les colonnes (C1 -C1 1 ) de la zone de chauffage est allumée pour que la bande atteigne sa température de recuit au niveau de la dernière colonne (C1 1 ), avec une pente de chauffage (H2) la plus faible possible.
7. Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé par l'installation dans la zone de maintien (Z3) de la ligne continue, dans les premières colonnes (C12,C13), d'un nombre de tubes radiants identique à celui installé dans la zone de chauffage (Z2), ces colonnes (C12-C13) de la zone de maintien (Z3) pouvant fonctionner soit comme des colonnes de chauffage, soit comme des colonnes de maintien.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on fait fonctionner l'ensemble des tubes radiants des dernières colonnes (C8-C1 1 ) de la zone de chauffage (Z2) et l'ensemble des tubes radiants des premières colonnes (C12,C13) de la zone de maintien (Z3) pour chauffer la bande jusqu'à sa température de recuit « au plus tard >> (H4).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température maximale des tubes radiants est réduite de 960°C à 920°C lorsque la demande thermique est inférieure à 80% de la demande maximale.
10. Ligne de traitement thermique continu, notamment de recuit, de bande métallique, pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, équipée de tubes radiants chauffés par la combustion d'un combustible fossile, la ligne de recuit comportant une enceinte dans laquelle pénètre la bande métallique sur une pluralité de rouleaux assurant son guidage, selon une multitude de passes, en particulier verticales, les tubes radiants étant disposés suivant des rangées et des colonnes, les tubes radiants fonctionnant en tout ou rien, par allumage et extinction, la zone de chauffage (Z2) comportant un nombre Nmax de tubes radiants pour assurer, lorsque tous les tubes fonctionnent en continu, la puissance calorifique Pmax de la ligne, cette zone de chauffage étant suivie d'une zone de maintien (Z3),
caractérisée en ce que la zone de maintien (Z3) est disposée dans la même enceinte que la zone de chauffage (Z2) et comporte, pour ses premières colonnes (C12,C13) un nombre de tubes radiants par colonne identique à celui installé en zone de chauffage (Z2) de façon à permettre de faire fonctionner ces colonnes (C12-C13) de la zone de maintien (Z3) soit comme des colonnes de chauffage soit comme des colonnes de maintien.
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