Brevet FR2290977A1 — publié le 19760611

La présente invention concerne un procédé de refroidissement d'un corps par exemple une coulée continue de métal et les dispositifs de mise en oeuvre du procédé. Actuellement, le refroidissement d'une coulée continue est réalisé par projection sur les surfaces d'un liquide de refroidissement, en général de liteau. Cette méthode ne permet d'extraire que de faibles densités de flux de chaleur. En effet, d'une part la vitesse dtimpact des gouttes est relativement faible car elles sont ralenties par ltair ambiant et d'autre part liteau projetée s'évacue difficilement et s'accumule en créant une barrière à l'eau de refroidissement0 Le procédé suivant l'invention permet d'augmenter la densité de flux de chaleur extraite de la coulée continue ou des lingots à la sortie de la lingotière et ainsi d'augmenter la productivité en augmentant la vitesse de défilement. Suivant ltinvention, on mélange intimement du fluide de grande masse volumique, de préférence de l'eau sous forme de gouttes avec une grande quantité de fluide de faible masse volumique, de préférence de l'air et on projette le mélange obtenu sous forme de jets animés d'une grande vitesse, sur la surface du corps à refroidir. Les gouttes atteignent ainsi la surface pratiquement à la vitesse du jet d'air. L'air, véhicule de l'eau pulvérisée, assure également l'entratnement de 11 eau déjà projetée, ce qui évite la formation d'un film continu d'eau à la surface du corps à refroidir. De préférence, le mélange est projeté sensiblement perpendiculairement au corps à refroidir. L' efficacité du refroidissement est fonction de la vitesse de l'air, du débit d'eau envoyé par unité de surface du corps à refroidir. Par exemple avec une vitesse d'air de 100 m/s et un débit surfacique d'eau de 18 kg/m2 on a pu atteindre des densités de flux de 4,5 MW/m2 en régime de caléfaction. Par simple projection suivant l'art antérieur, on obtenait une densité de flux de 0,5 MW/m2, ce qui correspondait à 295 secondes pour solidifier une épaisseur de 45mm de métal, soit pour une vitesse de défilement de O,8m/mn une longueur de refroidissement de 3,9m. La longueur de refroidissement passe à 7,3m pour une vitesse de défilement de 1,5m/mn. Suivant l'invention, pour une densité de flux de 2,5 M9/m2, il est possible de solidifier 45mm de métal en 125 secondes. La vitesse de solidification est donc multipliée par 2,4 soit pour une vitesse de défilement de 0,8m/mn une longueur de refroidissement de 1,6m. La longueur de refroidissement est de 3,lm pour une vitesse de défilement de 1,5m/mn. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé de refroidissement d'un corps comme une coulée continue d'un métal, comprend des moyens pour engendrer et amener à proximité du corps, une grande quantité de fluide de faible masse volumique, de préférence de l'air, animé d2une grande vitesse, des moyens pour mélanger ce fluide avec un fluide de forte masse volumique, de préférence de l'eau, sous forme de gouttes, et des moyens pour projeter le mélange sur la surface dudit corps. Suivant l'invention, les moyens pour engendrer lefluide de faible masse volumique, en ltoccurence de l'air, comprend nent un gnérateur d'air tel qu'un ventilateur débitant dans une gaine ou un ventilo-trompe. Suivant l'invention, les moyens pour mélanger le fluide de forte masse volumique, en l'occurence de l'eau, comprennent, suivant les différents mode de réalisation : - soit un pulvérisateur mécanique ou pneumatique ménagé dans le flux d1air, lorsque l'on veut pouvoir régler la granulométrie, en particulier obtenir une granulométrie très fine Si lton veut éviter des érosions de surface du corps à refroidir par exemple ; - soit un dispositif d'injection de l'eau au niveau du col d'une trompe ce qui provoque spontanément la pulvérisation de l'eau ; - soit par injection de l'eau dans une zone de la gaine a'amenée de l'air où est créée une augmentation de vitesse, par exemple par une tube de venturi. Suivant l'invention, les moyens pour projeter le mélange sur la surface du corps à refroidir sont constitués de buses dont le nombre et la forme dépendent des dimensions et de la forme du corps Pour une corps à refroidir comme une coulée continue ayant en section sensiblement une forme parallélépipédique dont une dimension est notablement plus grande que l'autre, les buses sont disposées en regard et perpendiculairement aux surfaces comportant la plus grande dimension. Ces buses seront avantageusement disposées entre les rouleaux de guidage de la coulée continue et transversalement à la direction de la coulée, suivant une fente continue ou suivant une succession de buses à section de sortie cylindrique. Pour un corps à refroidir ayant en section sensiblement une forme cylindrique, les buses délivrent un jet annulaire entourant ledit corps sous forme soit d'une fente de soufflage, soit d'une série d'ajutages. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. La figure 1 est une vue schématique de profil d'une installation conforme à la présente invention. Les figures 2 et 3 sont des vues de détail de deux variantes de l'invention adaptées à un objet de section sensiblement parallélépipédique allongée. Les figures 4 et 5 sont des vues de détail de deux autres variantes de l'invention adaptées à un objet de section sensiblement circulaire. Les augures 6 à 9 sont des vues de détail de différents modes de pulvérisation de l'eau suivant l'inventione Suivant la figure t, on peut voir une lingotière 1 d'où s'écoule une coulée continue d'acier en fusion 2 guidée par des rouleaux 3. La coulée se solidifie à partir de sa périphérie au fur et à mesure de sa progression. Ltinstallation suivant l'invention permet d'accélérer le reiroidissement de la coulée don. par exemple d'augmenter la vitesse de déiilement. Cette installation comprend un générateur de fluide sous pression, en l'espèce de l'air, par exemple figure 1, un ou plusieurs ventilateurs 4 débitant dans des gaines d'amenée 5 qui elles-ities alimentent une batterie de buses 6 disposées sensiblement perpendiculairement à la coulée. En variante, figure 8, 1 générateur est un ventilo-trompe 7, dont l'ajutage annulaire 8 est alimenté par le collecteur 9 et une tuyauterie 11 en fluide sous pression, en ltespèce de l'air comprimé. Le fluide issu de l'ajutage induit l'air ambiant et l'ensemble fluide inducteurfluide induit parcourt la buse 6. L'installation comprend également des amenées d'eau par les canalisations 10 pourvues de vannes de réglage 16. Ces canalisations après ramifications alimentent soit un pulvérisateur, soit un injecteur suivant les modes de réalisation. Le pulvérisateur 12 peut & re disposé soit au sein de la canalisation d'amené (fig 4), soit dans la buse de soufflage (fig 2). L'utilisation d'un pulvérisateur permet d'sdapter la granulométrie des gouttes à ltétat de surface du corps à refroidir. Lorsque l'on ne désire pas régler la granulométrie, on peut simplement introduire l'eau dans la gaine d'air par un injecteur 13, soit au niveau de l'orifice d'aspiration dtune trompe (figures 3,7 et 8) soit dans une zone de la gaine 5 véhiculant l'air et où lton a réalisé une grande vitesse à l'aide d'une tube de venturi 14 par exemple (fig 9) Suivant la forme de la lingotière 1, la coulée continue 2 peut avoir une section sensiblement parallélépipédique allongée 2a (figures 2 et 3) ou circulaire 2b (figures 4 et 5). Suivant un premier mode de réalisation de la première variante (fig 2), le mélange air et eau sous forme de gouttes est éjecté sur et sensiblement perpendiculairement à la coulée 2a sur les plus grandes surfaces latérales suivant les fentes 15 des buses disposées entre les rouleaux 3. Chaque fente 15 est continue sur toute la largeur de la coulée et correspond à une buse allongée 6a alimentée par la gaine à air 5 et par les ramifications 17 de canalisation en eau. Suivant un autre mode de réalisation de la première variante (fig 3) ; entre au moins deux rouleaux 3 est disposée une pluralitéde buses 6b dont chaque orifice de sortie 18 est sensiblement circulaire. Ces buses peuvent etre contigus sur une ligne transversale à la direction des défilement e la coulée. Suivant un premier mode de réalisation de la seconde variante (fig 5) , la coulée est sensiblement circulaire en plan. Le mélange air et eau sous forme de gouttes est éjecté sur la coulée 2b, suivant une fente annulaire 21 alimentée par une buse annulaire 22 raccordée à la gaine d'amenée d'air 5 et aux ramifications 17 des canalisations d'amenée dteaù. Suivant un deuxième mode de réalisation de la seconde variante (fig 4), la coulée est également sensiblement circulaire en plan. Le mélange air et eau sous forme de gouttes est éjecté sur la coulée 2b, suivant une pluralité de fentes contiguës épousant la forme de la coulée. Chaque fente est alimentée par une buse, elle-m & e raccordée aux gaines d'amenée d'air 5 et aux ramifications 17 des canalisations d'amenée d'eau. Figure 5, la coulée étant vrillée est guidée par des Flets 23 dont l'axe comporte une composante suivant la direction de défilement de la coulée. Figure 4, la coulée continue 2b est guidée par des galets 24 à axe normal à la direction de défilement de la coulée. En variante on pourrait utiliser dans le cas de la coulée continue à section circulaire, la disposition des buses telles que décrites en regard de la figure 3. En se reportant à la figure 6, si D est la largeur de la fente de soufflage du mélange air et eau sous forme de gouttes, L la distance séparent les bords les plus rapprochés de deux rouleaux contigus, et/i; distance de la fente à la surface de la coulée, pour que le refroidissement soit correct il est nécessaire que D $; 0,3L DH6D À titre indicatif, le débit d'eau en sortie de buse est compris entre 1 et 100kg/m2.s, de préférence 30 kg/m2.s ; la vitesse de l'air en sortie de buse est comprise entre 15 et 100 m/s et de préférence 30 m/s ; la pression d'eau est variable suivant le mode de pulvérisation mais de préférence inférieure à 1 bar ; les dimensions de la buse sont fonction de l'écartement des rouleaux, en règle générale 50 à 70mm. REVENDICATIONS 10 Procédé de refroidissement d'un corps comme une coulée continue d'un métal caractérisé en ce que l'on mélange intimement du fluide de grande masse volumique, de préférence de l'eau sous forme de gouttes, avec une grande quantité de fluide de faible masse volumique, de préférence de Itair, et que lton projette le mélange obtenu sous forme de jets animés d'une grande vitesse sur la surface du corps à refroidir. 2. Procédé de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on entratne l'eau précédemment projetée sur le corps par l'air, ce qui évite la formation d'un film continu d'eau à la surface du corps à refroidir. 3. Procédé de refroidissement suivant l'une des revendications 1 ou 2,caractérisé en ce que le mélange est projeté sensiblement perpendiculairement à la coulée. 4. Dispositif de mise en oeuvre du procédé de refroidissement d'un corps tel une coulée continue d'un métal suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qutil comprend des moyens pour engendrer et amender à proximité du corps à refroidir, une grande quantité de fluide de faible masse volumique, de préférence de l'air, animé d'une grande vitesse, des moyens pour mélanger ce fluide avec un fluide de forte masse volumique, de préférence de l'eau, Bous forme de gouttes, et des moyens pour projeter le mélange sur la surface dudit cops. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour engendrer et amener à proximité du corps une grande quantité de fluide de faible masse volumique comprennent un générateur d'air tel qu'un ventilateur débitant dans une gaine ou un ventilo-trompe. ou 5 6. Dispositif suivant lesrevendicationsA7carac- térisé en ce que les moyens pour mélanger liteau sous brume de gouttes et l'air comprennent un pulvérisateur alimenté en eau disposé dans la veine d'alimentation en air ou dans chagOuu 5buse. 7. Dispositif suivant lesrevendications4acte'- risé en ce que les moyens pour mélanger 11 eau sous forme de gouttes et l'air comprennent un injecteur alimenté en eau dont l'orifice de sortie est disposé au niveau de l'orifice d'aspiration d'une trompe ou au col d'un tube de venturi. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens pour projeter le mélange sur la surface du corps à refroidir comprennent des buses disposées entre les rouleaux ou galets et dont la fente est dirigée sur l'objet à refroidir. 9. Dispositif suivante la revendication 8, caractérisé en ce que les buses possèdent une fente allongée, éventuellement annulaire dans le cas dune coulée continue à section circulaire. 10. Dispositif suivant la revendication 8 caractéri sé en ce que les buses ont une fente de sortie circulaire et sont disposées contigus.