Brevet FR2105122A1 — publié le 19720428

L'invention est relative à un procédé pour le refroidissement de barres larges coulées en métal, notamment en aciers à l'aide de jets d'eau de refroidissement arrivant sur la surface de la barre dans la zone secondaire de refroidissement, jets produits avec une caractéristique oblique ou ogivale et répartis sur la largeur et la longueur de la barre. I1 est en outre proposé un dispositif particulièrement avantageux pour l'exécution de ce procédé. I1 est déjà connu que l'on peut donner une forme conique aux jets pulvérisés destinés à refroidir la surface des brames, c'est-à-dire des barres relativement larges coulées en continu, la surface de rencontre avec ces barres formant une ellipse. Pour l'évacuation de la quantité de chaleur qui passe de l'intérieur de la barre sur la surface, on recouvre la largeur de la barre d'une pluralité de ces surfaces de rencontre elliptiques.La forme de base de I0ellipse, ainsi que les conditions de pression quilrbgnent à l'intérieur du cone de pulvérisation, déterminent I formation de surfaces distinctes, c'est-à-dire d'ellipses de rencontre placées à c3- té les unes des autres sur la largeur de la barre. Pour réaliser une surface de pulvérisation cohérente, les ellipses peuvent être utilisées, soit de façon qu'elles se recoupent, soit écartées. Dans ce cas, les espaces intermédiaires formés par ces écarts peuvent être recouverts en disposant une seconde rangée d'ellipses remplissant les intervalles de la première rangée.Toutefois, le refroidissement obtenu est toujours as- sez irrégulier si l'on considère la section transversale. On peut certes juxtaposer étroitement plusieurs rangées parallèles d'ellipses dans le sens de l'avancement de la barre, ce qui cependant ne supprime pas le désavantage que constitue le refroidissement différent dans le temps d'un point de la surface choisi, Les brames sont amenées à une certaine vitesse, de sorte que le refroidissement d'un point de la section est renouvelé dans le sens longitudinal à un certain intervalle de temps0 Un tel procédé de refroidissement s'avère peu avantageux pour maintenir des courbes de refroidissement détermipées avec formation d'une structure désirée Quand on veut fabriquer du matériel à base de brame, sans criques intérieures ou extérieures pour les qualités de maté riel les plus variées, on doit régler exactement la pulvérisation sur la surface des barres dans la zone secondaire de refroidissement0 Théoriquement9 il est reconnu que l'on doit di- minuer la température progressivement et linéairement sur la surface de la brame à partie de la sortie de l'orifice de cou 1689 jusqu'à ce que la solidification soit terminée. La température de la surface à la fin de la solidification ne doit pas se situer en-dessous de 750 à 80000. Font exception les aciers austénitiques qui peuvent Etre refroidis à des températures plus basses, sans en entre affectés défavorablement. Pour mettre en oeuvre un procédé de refroidissement optim , une difficulté qui ne peut être tournée réside dans le saut que font les coefficients de transmis sion de chaleur entre l'intérieur du moule de coulée continue et le début de la zone secondaire de refroidissement. Pendant qu'à l'intérieur du moule de coulée continue on peut évacuer environ 500 à 700 keal/m2 h OC, le coefficient de transmission de chaleur entre la surface de la brame et l'eau se mon- te en général au commencement de la zone secondaire de refroio dissement à seulement 300 kcal/m2 h C9 et en revanche à l'extrémité de la zone à 800 keal/m2 h C.Ces conditions difficiles de transmission de chaleur posent, en conséquence, un problème complexe qui na jusqu'à présent pas été résolu. Dans la pratique, on essaie certes d'éviter les différences grossières de refroidissement entre le moule de coulée continue et la zone de refroidissement se secondaire; toutefois ces efforts n'ont pas toujours eu tout le succès voulu. La présente invention a pour objet d'assurer d'abord sur la largeur de la barre un refroidissement regulier et de permettre en outre un réglage du refroidissement sur la longueur de la barre coulée en continu. La première partie de cette invention traite, en conséquence9 de la diffi- culté qulil y a à refroidir favorablement la section rectangulaire des brames, tandis que la seconde partie est en rapport direct avec les différents paramètres 9 vitesse de- coulée, dimensions de la section, et qualité de la matière L'invention se donne aussi comme point de départ et comme but de réaliser un procédé de refroidissement utilisable technologiquement et économiquement. A cet effet, l'invention concerne un procédé pour le refroidissement de barres larges, coulées en continu, à l'aide de jets d'eau de refroidissement rencon- trant la surface de la barre dans des zones de refroidissement secondaires, jets qui sont produits avec une caractéristique oblique ou ogivale et sont répartis sur la largeur et sur la longueur de la barres procédé caractérisé en ce qu'on utilise un jet cohérent, embrassant la barre sur sa largeur et dont la puissance de refroidissement est au maximum dans la zone médiane, son énergie cinétique étant volontairement plus faible dans les zones d'impact voisines des bords de la barres cette éner- gie cinétique augmentant proportionnellementsdu bord de la bar- re vers le milieu, à la quantité de chaleur qui doit être évacuée localement, avec augmentation de la distance en hauteur par rapport à la surface de la barre, Il peut être tenu compte, grâce aux dispositions prises suivant l'invention ,de la particularité qui consiste à ne refroidir que lentement dans le milieu et à refroidir plus rapidement sur les bords en raison de la plus grande surface spécifique0 En outre, il sera refroidi; régulière ment et sans interruption, une bande qui embrasse toute la largeur de la brame, contrairement à ce qui se passe dans l'état actuel de la technique. Un point de particulière importance est la caractéristique principale de l'invention, de refroidir plus faiblement les bords de la section de la brame, c'est-àdire aussi de tirer parti de l'énergie cinétique inhérente au jet pulvérisé pour le transport de l'eau de refroidissement dans les zones du bord, et en revanche de mettre en oeuvre dans le milieu de la barre l'énergie cinétique plus importante pour le transport d'importantes quantités d'eau de refroidissement0 L'intensité du refroidissement dans le milieu de la barre corres- pond à la nécessité d'évacuer à cet endroit des quantités de chaleur plus importantes0 Comme ce processus se déroule pratiquement dans un même espace de temps sur toute la largeur de la brame, le but de l'invention sera atteint, qui est d'assurer une régularisation de la température de la section d'une brame en forme de barre. Le fait de régulariser la température sur toute la section d'une brame est la condition première pour obtenir un refroidissement bien déterminé de la brame au fur et à mesure de l'avance de celle-ci, refroidissement qui se base sur la vitesse de coulée et la qualité de la matière, cgest-à-dire pour obtenir une courbe de refroidissement bien déterminé?. Une disposition supplémentaire de la technique du procédé, qui nDest pas toujours nécessaire9 mais qui toutefois, dans des cas déterminés9 assure une stabilisa- tion des conditions9 réside en ce que les rouleaux qui soutien- nent la barre sont soumis sur toute leur longueur à un jet dg- eau de refroidissement cohérent, Il est bien connu que lDéchauf- fement des rouleaux se produit en fonction des conditions de températures dans le milieu et sur les bords de la barre0 Les rouleaux destinés à supporter la barre coulée en continu éva- cuent de la chaleur par contact avec cette barre0 Naturellement, la transmission de chaleur de la barre sur les rouleaux est proportionnelle aux températures régnant sur les surfaces de la barre9 qui comme on sait vont en diminuant du milieu jusqu'aux bords0 En conséquence9 l'utilisation du procédé suivant leinvention ne sert pas seulement au refroidissement de la barre, mais aussi au refroidissement des rouleaux eux-mêmes, de sorte que ceusyci seront protégés exactement comme la barre du risque de la formation de criques, Suivant une caractéristique supplémentaire du procédé suivant l'invention, il est prévu que le jet cohérent est envoyé sur la surface à refroidir en exécutant des mouvements oscillants0 Les difficultés causées par les coefficients de transmission de chaleur, c'est-à-dire par les grandeurs des coefficients de transmission de chaleur mentionnées plus haut, reposent principalement sur l'apparition du phénomène suivant 0 1Deau de refroidissement qui arrive à la température ambiante se transforme en vapeur dont la conductivité thermique est déficiente, Si, suivant la proposition de l'invention, 1Dallmentation du jet pulvérisé est discontinue, la phase vapeur peut être chassée, de sorte qu'il opère un contact plus intime entre la surface de la barre et l'eau de refroidissement. Des bulles de vapeur séparées peuvent seulement persister pendant un court moment et seront ensuite chassées, La formation de vapeur se produit pendant des intervalles de temps très courts, ce qui est une condition absolue pour que l'évacuation de chaleur puisse atteindre un niveau élevé. Aux installations connues est asso cié entre autres cet inconvénient technique, qu'un grand nombre de buses est nécessaire pour pouvoir répartir sur la surface de la barre la quantité voulue d'eau pulvérisée par unité de temps. Il s'en suit la nécessité d'une armature compliquée, peu nette, qui, en particulier lors de changements de la dimension des barres et d'ajustements fréquents des équipements de rouleaux supports, constitue un inconvénlent sérieux Abstraction faite de ce point, l'installation est rendue beaucoup plus onéreuse par la mise en oeuvre des tuyaux inoxydables nécessaires dont il faut une longueur importante0 L'invention supprime ces inconvém nients de la technique connue et d'autres encore, du fait qu'- une seule canalisation d'alimentation adaptée au tracé de l'axe longitudinal de la barre est prévue9 avec des raccords de buses, toujours au centre de la largeur de la barre9 placés les uns derrière les autres, dans le sens de déplacement de la barre, et une canalisation de liaison avec la canalisation principale d'alimentation pour chaque zone de refroidissement.En plus de l'économie d'équipements que l'on fait ainsi, économie de tuyaux inoxydables et dsun certain nombre de buses, l'installa- tion se présente essentiellement avec netteté et assure une simplification des travaux de transformation0 L'invention se dis- tingue, en conséquence, par le fait que les résultats avanta geux, en ce qui concerne le procédé, vont de pair d'une façon particulièrement favorable avec une amélioration de la conception de l'installation. Les raccords de buses peuvent gtre pourvus, soit de buses plates séparées, soit de plusieurs buses manoeuvrables séparément avec des degrés variés de sections de passage. Les buses plates, dans le sens de l'invention, possè dent des sections de passage importantes avec des divisions en canaux appropriées, de sorte que les désavantages d'une section de buse étroite sont supprimés . Des dépots ou des particules entraSnds a par l'eau de refroidissement modifient plus ou moins la section de sortie des buses ou exercent un effet corrodant sur les surfaces des buses.Malgré cela, en raison des dispositions prévues suivant l'invention, il n'est pas nécessaire de procéder à des transformations, c'est-à-dire de procéder à un réglage des pressions, des quantités ou d'autres grandeurs agisaant sur le refroidissement. À titre d'exemple, on peut prévoir deux échelonnages de sectionsp les deux buses étant disposées l'une derrière l'autre, dans le sens de la marche de la barre. Un mode de réalisation de l'inven- tion particulièrement avantageux9 tant du point de vue du procédé que du point de vue de lsamelioration de la technique de lsinstallation9 réside en ce qu'une paire de buses à jet conique dDun modèle connu sont montées l'une à caté de l'autre o obliquement et sans écarts de sorte que les deux géneratrices intérieures des c8nes9 adjacentes9 s'étendent parallèlement et verticalements et que les génératrices extérieures sont dirigées sur les bords de la barre0 Une telle paire de buses à jet conique place cOte à cbte produit dans le milieu de la barre une énergie cinétique élevée du jet pulvérisé, et consomme pour les jets pulvérisés vers les bords de la brame la même quanti te énergie que pour le transport de l'eau pulvérisée. Cet ef- fet peut naturellement être encore renforcé en donnant à la sec- tion de l'orifice de la buse une forme appropriée pour produire, dans les zones du bord et du milieu de la brame, une plus grande différence entre l'énergie cinétique faible voulue et celle plus fortes également voulue. Un perfectionnement supplémentaire de l'invention réside en ce qu'en outre. la canalisation d'alimentation d'une zone de refroidissement peut être ajustée en hauteur9 au moyen d'un moteur9 en fonction de la marches une canalisation tubulaire blindée flexible étant montée entre la canalisation de liaison et la canalisation principale d'alimenta- tionO Les modifications des conditions de pression nécessaires pendant la marche 9 c'est-à-dire les quantités d'eau de refroi- dissement nécessaires9 peuvent être assurées sans difficulté, de sorte qué l'on pourra envisager en particulier de comprendre une régulation de la pulvérisation de l'eau dans le cadre du système de régulation de loinstallation de coulée de barres en continu. Des modes de réalisation de l'inven- tion sont représentés9 à titre d'exemples non limitatifs9 sur les dessins ci-joints9 dans lesquels o - la figure 1 est un schéma de principe du mode de fonctionnement du nouveau procédé de refroidissement à réglage contrôlé9 une brame coulée en continu étant représentée en coupe, - la figure 2 est une vue en plan afférente à la figure 19 - la figure 3 montre également la section de la brame coulée en continu de la figure 1 avec une variante du jet pulvérisé 9 - la figure 4 montre la disposition de principe de l'installation de coulée en continu9 avec les équipements de refroidissement0 - la figure 5 est le plan dgune barre suivant la figure 49 et en m8me temps la division des différentes zones de refroidissement 9 - la figure 6 est une coupe à échelle agrandie de la figure 49 sous forme de vue latérale de la barre coulée. La barre coulée 1 présente comme il est indiqué une section quadrangulaires et dans la pratique ses dimensions seront par exemple de 1350 x 160 à 2100 x 300mu Les sections de brames de ce genre vont jusqu'aulx sections plus petites, telles que ,par exemple 450 x 65 mmo La plupart du temps9 au moins deux sections de brames peuvent entre coulées dans une installation0 En cas de changements il sera nécessaire de procéder à des travaux aux points de vue de l'ajustement des rouleaux supports et de lgajustement des buses de pulvérisation. Pour que la section de la brame soit refroidie régulièrement9 le jet unique 29 quiest d'une forme9 soit ogivale9 soit conique, exerce sur le milieu de la barre 39 gracie à l'énergie cinétique élevée du jet 49 une évacuation de chaleur particulièrement intense. Les jets d'eau de refroidissement 4 sortent sous une pression importante de la buse plate 5 la quantité qui atteint le milieu de la barre étant toujours plus grande que celle qui atteint les zones 6 des bords de la barre.Les jets 7 d'agent refroidissant destinés aux bords 6 de la barre sont volontairement maintenus avec une énergie cinétique plus faible de sorte que9 s1l~est assuré une pulvérisation régulière des bords 6, il est toutefois appliqué une quantité sensiblement plus faible par unité de temps. La buse plate 5 qui est raccordée à une canalisation d'alimentation 9 avec une section de passage suffisamment grande, suffit pour refroidir une large bande 8, telle que celle-ci est représentée en lignes pointillées dans la figure 2. On remarquera dans la figure 2 la surface d 'im- pact 10 théoriquement rectangulaire, qui pett etre obtenue dans la pratique au moyen d'orifices en forme de jets de la buse plate 5o La forme des jets obtenue ici sera favorisée par le fait que les jets qui doivent aller le plus loin 7 s'étendent tou- jours au-dessus des jets inférieurs 49 de telle façon qu'ils ne peuvent aucunement les couper ni produire par suite des perturbations dans l'allure de l'écoulement. Dans la figure 2 on montre, à titre d'exemple de réalisation, la combinaison de deux buses plates 5 et 11, ces deux buses plates se distinguant par des sections de sortie différentes. Grâce simplement à leur disposition ad- jacente, elles correspondent à un déplacement insignifiant pour l'application du refroidissement, suivant les lignes pointil- lées 12, les jets d'agent refroidissant 4 et 7 pouvant toutefois présenter dtimportantes différences dans leur énergie ci- noétique, On a représenté dans la figure 3 une autre possibilité pour la production de jets 4 d'eau de refroidissement à haute énergie cinétique ou de jets 7 d'eau de refroidissement plus faibles.Pratiquement, on utilise des buses qui n'ont aucunement un caractère ogival, mais présentent un caractère de jet conique. Ces buses sont montées obliquement de telle façon que l'on arrive à raccourcir le parcours des jets 4, qui ben conséquence atteignent le milieu de la barre coulée 1 avec une plus grande énergie cinétique0 Les rayons extérieurs 7 en revanche se répartissent sur une plus grande surface pour laquelle il est prévu, de toute façon, une évacuation de chaleur plus faible, et ces jets 7 présentent à l'ex- trémité de leur parcours plus long une plus faible énergie cinétique. Les buses 13 prévues à cet effet ont des ouvertures façonnées pour provoquer la formation des surfaces d'impact 8 ou 12, représentées dans la figure 2. Suivant la figure 49 la barre coulée 1 subit un refroidissement primaire dans le moule de coulée en continu, en sort, et pénètre, sous l'action des rouleaux transporteurs 15 et 16, de façon continue, dans par exemple' deux zones de refroidissement 17 et 18 qui seront désignées comme les zones de refroidissement secondaires.IOns ces zanes, des rouleaux 19 en grand nombre soutiennent la barre 1 sur les deux cU Pour chaque zone de refroidissement 17 ou 18, il est prévu une canalisation d'alimentation 9, disposée centralement par rapport à la largeur de la barre. Chacune des canalisations dlali mentation comporte, au moins entre deux rouleaux supports 199 des raccords de buse 20.Au maximum, ces raccords de buse sont prévus entre deux rouleaux d'appui et sur la circonférence d'un rouleau d'appui. Les canalisations dQalimentation 9 sont toujours raccordées au moyen de canalisations de liaison 21 avec la canalisation principale d'alimentation 220 Pour permettre d'élever ou d' abaisser la canalisation d'alimentation 9, c'est à-dire pour pouvoir en particulier tenir compte des différentes largeurs de barres ce qui constitue un avantage particulier de l'invention, il se trouve entre les canalisations de liaison 21 et une canalisation d'alimentation 9 des canalisations tu- bulaires blindées 23, flexibles9 dont la section de passage est d'une dimension appropriée0 Dans la zone de refroidissement 17s en-dessous du moule de coulée continue 14, se trouvent en particulier sur la face supérieure de la barre deux raccords de buse 20 (figure 6) qui sont fixés sur un bâti 24 Le båti 24 est constitué essentiellement d'un support 25 de raccords de buse comportant un écrou 26, une vis 27 et un moteur d2entrat- nement de la vis 28 monté sur le support 25. Le moteur 28 peut servir, d'une façon très générales à ajuster, sous l'effet dt- une commande à main ou automatique, la distance qui sépare les buses 5, ou 11, ou 139 de la surface de la barre 29, ou aussi à assurer, par un autre dispositif simple 24, une oscillation des buses 5, ou 11, ou 130 Des zones de refroidissement de ce genre 17, 18. peuvent être disposées en nombre quelconque et dans un ordre quelconque sur la face supérieure et sur la face inférieure de la barre, comme il sera désiré suivant les exigences de la coulée métallurgique.Le mode de fonctionnement du dispositif prévoit, pour la coulée d'une brame en forme de barre. dont les dimensions seront, par exemple de 2000 x 200 mm, l'ajustement de la distance qui sépare les buses 5 (11S 13) de la surface de la barre 29 avant la coulée, et pendant la coulée le contrôle de la quantité d'eau par régulation de la pres sion de 17eau. Au cours de la coulée, la distance entre les buses et la surface de la barre sera modifiée suivant les nécessité de l'évacuation de la chaleur. Les avantages de l'invention peuvent être exposés en deux groupes principaux. En ce qui concerne la technique du procédé, l'intensité du refroidissement sur la largeur de la brame peut entre régularisée mieux qu'elle ne l'é- tait jusqu'ici, et il peut plus facilement être tenu compte, dans le procédé suivant l'invention, des changements de largeur de la brame. Du point de vue de la technique de l'installation, le nombre de buses et de tuyaux pour l'arrivée de l'eau et celui des soupapes de commande. sont diminuésconsi dérablement par rapport aux installations connues. En outre, les zones de refroidissement secondaires 17 et 18 sont plus accessibles et, par suite, l'entretien de l'installation de refroidissement secondaire et aussi la réparation des conséquences d'une rupture éventuelle de la barre sont facilitées et accélérées. La qualité de la surface de la barre peut, par des moyens simples, être influencée sensiblement au cours de la coulée par des dispositions techniques de réglage. Grâce à 1'agrandissement des orifices de pulvérisation des buses en géné rals les exigences sur la pureté de l'eau seront sensiblement diminuées, de sorte que la nécessité de la construction d'une conteuse installation pour la purification de l'eau et de l'utilisation de tuyaux en acier inoxydable disparate. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés,à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. EVENDTCÀT IONS 1.- Procédé pour le refroidissement de barres larges, coulées en continu, à l'aide de jets d'eau de refroidissement rencontrant la surface de la barre dans des zones de refroidissement secondaires, jets qui sont produits avec une caractéristique oblique ou ogivale et sont répartis sur la largeur et sur la longueur de la barre, procédé caractérisé en ce qu'on utilise un jet cohérent, embrassant la barre sur sa largeur et dont la puissance de refroidissement est au maximum dans la zone médiane, son énergie cinétique étant volontairement plus faible dans les zones d'impact voisines des bords de la barre, cette énergie cinétique augmentant proportionnellement,du bord de la barre vers le milieu, à la quantité de chaleur qui doit etre évacuée localement, avec augmentation de la distance en hauteur par rapport à la surface de la barre. 2.- Procédé suivant la revendication 1p caractérisé en ce que les rouleaux qui soutiennent la barre sont aussi soumis sur toute leur longueur à un jet d'eau de refroidissement cohérent. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le jet cohérent est guidé dans un mouvement oscillant au-dessus de la surface qui doit être refroi dieO 4.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une unique canalisation d'alimentation adaptée au tracé de l'axe longitudinal de la barre est prévue avec des raccords de buses qui sont placés centralement par rapport à la largeur de la barre, et l'un derrière l'autre, dans le sens de l'avancement de la barre, une canalisation de liaison avec la canalisation principale d'alimentation étant prévue pour chaque zone de refroidissement. 5.- Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que les raccords de buses sont pourvus, soit de buses plates isolées, soit de plusieurs buses qui peuvent opérer isolémentfet présentent un échelonnement des sections de passage. 6.- Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'une paire de buses à jet coni que d'un modèle connu sont montées l'une à côté de l'autre, obliquement et sans écart entre elles, de sorte que les génératrices intérieures adjacentes des cônes s'étendent parallèlement et verticalement, et les génératrices coniques extérieures sont dirigées vers les bords de la barre. 7.- Installation suivant la revendication 4, caractérisée en ce que la canalisation d'alimentation d'une zone de refroidissement peut être ajustée en hauteur, suivant la marche, au moyen d'un moteur, une canalisation tubulaire blindée flexible étant rattachée à la canalisation principale d'alimentation.