Brevet FR2360675A1 — publié le 19780303

La présente invention, due à la collaboration de M. Jean FONTAINE, se rapporte à une technique de protection gazeuse pour fours de traitement thermique notamment pour le traitement thermique de recuit de bobines de tôles minces laminées à froid en acier extra-doux. Après laminage à froid, les tôles minces en acier extra-doux présentent des tensions internes et leur structure cristalline est allongée dans le sens du laminage ; le métal est fortement écroui. Pour rendre au métal écroui ses qualités de malléabilité et de ductilité, on pratique alors un traitement thermique, ou recuit, qui a pour but de supprimer les tensions internes et d'obtenir, par recrietallisation, une structure homogène non orientée. Pour ce faire, on porte les bobines à une température convenable, voisine de 700 et cr les y niantient pendent un certain temps, variable suivant la nuance d'acier et les caractéristiques mécaniques désirées et, également, suivant le type de four utilisé.On laisse ensuite refroidir lentement le métal ainsi recuit Pour éviter l'oxydation du métal pendant cette opération de recuit, on coiffe la charge constituée de bobines par une cloche métallique étanche et l'on envoie dans cette enceinte un gaz de Protection à une pression supérieure à la pression atmosphérique, pour éviter toute entrée d'air, pendant toute l'opération de recuit. Une turbine, montes au centre de la base du four, active la circulation du gaz d'atmosphère et égalise la température. Différents gaz de protection peuvent être utilisés pour le conditionnement des bobines en acier extra--doux. les plus couramment utilisés sont les gaz ci-après désignés par DX, NX et HNX, dont les analyses figurent ci-dessous Analyse Caractéristique du Co2 co H2 CH4 H2O N2 résultat obtenu GAZ DX (RICHE) 5,0 10,5 12j5 0,5 0,8 70i7 Recuit blanc GAZ NX 0,05 1,5 1,2 0,0 0,0 97,25 | Recuit blanc GAZ HNX | 0,05 0t05 3,0 0,0 0,0 balance Recuit brillant à 10,0 Dans les conditions actuelles d'exploitation, un des gaz d'atmosphère, les plus utilisés jusqu'ici, est le gaz DX que l'on fabrique dans un générateur à partir de différents gaz : gaz de fours à coke, gaz naturel, ou tout autre contenant du CO, C02, H2 et des hydrocarbures. Le générateur doit être adapté au type de gaz utilisé : son brûleur et le rapport air-gaz employés varient en conséquence. A titre d'exemple, les principes de la fabrication de gaz DX, à partir de gaz de four à cake, sont rappelés ci-après : L'analyse du gaz de four à coke est la suivante : Hydrocarbures CO CO H2 CH4 N O divers Soufre GAZ FC 2,6 6,4 56 14 17,6 1 2,4 % 6 grammes par m3 Son pouvoir calorifique supérieur est de 4,65 à 5 thermies par mètre cube. A noter que le soufre contenu dans ces gaz est rédhibitoire pour 1 l'utilisation en gaz d'atmosphere. Aussi ce soufre doit-il être éliminé par un traitement préalable. A cet effet, le gaz de four à coke arrive à l'installation de générateur à un-s pression de 500 mm de hauteur d'eau. Le gaz traverse deux chambres de désulfuration remplies d'anneaux désulfurants, connus sous le nom d'anneaux de Rashid, que l'on change périodiquement quand ils sont saturés. Des analyses sont faites régulièrement et il ne faut en aucun cas que le gaz, à la sortie des désulfureurs, contienne plus de 0,3 gramme de soufre par mètre cube. Pour préparer ensuite le gaz d'atmosphère du four de recuit, on effectue le mélange air-gaz à l'aide d'un carburateur à tiroir réglant l'admission d'air. Ce mélange peut également se faire manuellement par un jeu de vannes. Le rapport air-gaz de four à coke est de l'ordre de 2,2 (280 à 300 m3 d'air pour 125 à 130 m3 de gaz désulfuré). le mélange est ensuite envoyé vers 4 brûleurs spéciaux et brûle alors dans une chambre de combustion à chemise de refroidissement extérieure. Le gaz brûlé est à environ 1 000 C et est humide. On le réfrigère et on condense l'humidité. Dans ce but, le gaz brûlé traverse un premier réfrigérant refroidi par eau (à chemise extérieure) dtoù il sort à 500 C environ. Il traverse ensuite un autre réfrigérant à faisceau tubulaire d'où il sort à 35 . Enfin, il pénètre dans un réfrigérateur classique, à compresseur et eirculation de fréon. Le gaz DX sort de ce réfrigérateur à une température de 5 à 8 C, son point de rosée est de 50 et la pression n'est plus que de 350 mm de hauteur d'eau. Son analyse est alors la suivants CO CO H CH4 H2O O N GAZ DX 4,5 9 12 0,5 0,8 O Balance à à à à env. 5,0 10 12,5 1,0 Il est envoyé dans cet état à l'intérieur des charges de bobines de tales du four de recuit, la. pression à l'intérieur des cloches est de l'ordre de 20 à 30 min de hauteur d'eau et le débit continu varie suivant les différentes phases du c.ycle de recuit (montée en température, palier de maintien en température et refroi dissement). La conduite d'une telle installation de générateur de gaz DX est forcément très délicate et s'ajoutent à cela des difficultés inhérentes -à la composition et au pouvoir calorique du gaz de four--à coke qui ne sont pas constants. De plus, ce gaz est par moment tres chargé en hydrocarbures divers et en impuretés, ce qui peut provoquer des encrassements et des salissures dans l'installation et sur les bobines recuites. Or, ces tôles, destinées à entre formées et peintes; pour réaliser par exemple des éléments de carrosseries automobile, doivent entre exemptes de tout défaut de surface. Par ailleurs, même en cas de fonctionnement parfait du générateur et mne avec un gaz très propre, l'état de surface obtenu sur tales après recuit n'est jamais parfaitement blanc et brillant, commue il serait souhaitable, mais un peu terne. Enfin, les mêmes inconvénients se retrouvent à des degrés divers lorsque d'autres gaz de base sont traités pour obtenir du gaz DX, ou dtautres gaz de protection d'emploi connu. La présente invention élimine ces problèmes de fabrication en apportant un résultat amélioré et reproductible des qualités de surface des tôles après traitement de recuit. Elle consiste à utiliser, en remplacement des gaz précités, un mélange d'azote et de gaz naturel, dans une proportion de 3 à 25 9, de préférence 6 % de gaz naturel dans l'azote. Le gaz naturel est mélangé à l'azote par une aiguille creuse à perforations multiples, disposée axialement dans un cylindre de détente dans lequel circule, d'une extrémité à l'autre, le flux d'azote. Cette disposition, jointe aux réglages de débit appropriés, assure un melange très homogène indispensable au résultat obtenu par ce nélange, après introduction suivant la méthode classique, à la base des fours à recuit. La première constatation est une plus grande propreté de la surface de la tole et, en particulier, une plus grande homogénéité d'aspect dans le milieu et sur les bords de la bande, alors qu'avec le gaz DX les bords de la table sont en général plus gris que le centre. Par ailleurs, la densité de poussières subsistant après recuit à la surface de la tôle, constituées de cendres de produits gras distillés et de poussières métalliques provenant des savons métalliques formés lors du laminage, est plus faible qu'avec l'utilisation du gaz DX. La tôle parait entre mieux lavée. Par ailleurs, l'utilisation de ce mélange a permis de raccourcir le cycle de recuit des bobines de tale de largeur supérieure ou égale à 1 400 rm, pour lesquelles une pause était nécessaire lors de la montée en température aux environs de 450 C, afin de permettre la complète évacuation des vapeurs des produits de distillatton. En l'absence de cette précaution, et avec le gaz DX, la surface de la tôle pouvait présenter des salissures ou des colorations. Enfin, la distribution d'azote et de gaz naturel étant plus stable et constante dans le temps, on évite ainsi des pannes ou des arrêts d'installation dus aux anomalies de débit, de pression et de composition, propres à certains gaz de base et en particulier au gaz de four à coke Le mélange de gaz naturel dans ltazote, dans des proportions bien définies, est envoyé sans autre traitement directement sur les bases des fours à cloche de recuit, à une pression convenable. La température à laquelle sont recuites les bobines de ttle (voisine de 7000C) entrasse des problèmes de propreté au niveau-de-l'installation de recuit et des bobines recuites. En effet, à cette-température, les courbes dwéquilibre des gaz font apparattre des risquez Ce dépôt de- suie (carbone libre).Si la charge, à l'intérieur d'une cloche, est à une température de 7000C, on sait que certaines parties de l'enceinte sont à des températures nettement supérieures (800 à 900 C), en particulier les parois de la cloche étanche en acier, au niveau de laquelle on peut considérer qu'un cracking du gaz et de ses composants hydrocarbures peut avoir lieu, d'autant plus que ces parois sont oxydées. Ces risques sont évités en assurant une bonne homogénéité du mélange par une dilution du gaz naturel, ce qui élimine le risque de cracking. Le dispositif de mélange adopté pour le procédé est le suivant : comme indiqué en référence au schéma annexé où l'azote et le gaz naturel arrivent respectivement par les conduites (i) et (2), équipées à l'entrée de la station de mélange de 2 vannes (4) et (5) suivies de deux détendeurs (6) et (7) ramenant la pression de distribution dans l'usine de ces gaz-(8 bars par exemple) à une pression de sortie de 35 mm de hauteur de colonne d'eau. Des tubes en U de prise de pression sont installés après chaque détendeur, alors qu'en aïr'nnt sont montés des manomètres 0 - 10 bars. Les gaz traversent ensuite des débitmètres (9) commandés par un jeu de vannes (8) et arrivent à un mélangeur spécial (10), conçu pour éviter la stratification des gaz composant le mélange qui est alors envoyé directement sur les bases des fours (non représentés). Ce mélangeur comporte un volume cylindrique de détente (11) alimenté latéralement à une extrémité (12) en azote, avec un conduit d'évacuation axial (13), à l'autre extrémité. Le gaz naturel arrive par un conduit axial à orifices multiples (13) dans le volume de détente (10). En ce qui concerne la proportion du mélange du gaz naturel dans l'azote, elle peut entre variable de 3 à 25 % de gaz naturel dans l'azote. Nous l'avons actuellement fixée à 6 r. A titre d'exemple de conditions d'exploitation de l'invention, on pourra utiliser une alimentation en azote industriel contenant moins de 16 ppm d'oxygène, délivré à un point de rosée de - 400 et à une pression de 7 bars. Le gaz naturel pourra être par exemple du gaz naturel de Groningue dont l'analyse est la suivante C H4 C H C H8 C4 H10 METHANE ETHANE PROPANE BUTANE CO N GAZ 81,3 2,9 0,4 0,2 0,9 14,3 NATUREL Son point de rosée est de - 30 à - 400 et sa pression de 7 bars - REVENDICATION 1 Procéde de protection gazeuse pour fours de troitements thermi@ues à atmosphère coutôlée, dans lequel le mélange gazeux est constitué d'un mélange d'azote et de gaz naturel dans une proportion de 3 à 25 de gaz naturel dilué dans l'azote caractérisé en ce que l'azote et le @az naturel ont un point de rosée sensiblement équiva lent et de l'ordre de-40 , et que le mélauge est effectué dans un pot de détente cy@indrique, alirienté en azote latéralement à irne extrémité et en @az naturel axialement - r un conduit à ori@ices multiples s'étendant axialement sur une partie substantielle de 1 longueur du pot de déterte, l'évaouation du mél@nge s'éffectuant par une sortie axiale à l'extrêmité opposée.