Brevet FR2444514A1 — publié le 19800718

La pré sente invention concerne un procédé et un dispositif de ref ro idis s s em ent pour le traitement en continu des métaux, notam- ment de pièces métalliques ou de bandes trait8es, notamment de tôles. Dans de nombreux procédés de traitement des métaux, on utilise, après un cycle de chauffage approprié, un refroidissement dont la vitesse est déterminante pour la structure métallurgique finale du produit. Ce refroidissement doit être réglable en fonction des dimensions des pièces ou des bandes traitées, ainsi que de la production horaire de l'installation, afin d'obtenir une pente de refroidissement constante. On a proposé diverses techniques en vue de répondre à ces exigences. Parmi ces techniques connues on peut citer: le soufflage de l'air, le soufflage d'une suspension de liquide pulvérisée dans de l'air, ltaspersion par jet d'un liquide, etc... Chacune de ces techniques présente des défauts - le soufflage de l'air seul, meme en grande quantité , est inapte à assurer les coefficients d'échanges élevés; - les procédés selon lesquels on effectue un soufflage d'une suspension de liquide pulvérisée dans de l'air, bien que souples et efficaces, du point de vue des échanges thermiques réalisés, exigent généralement d'importantes pressions de gaz support et ils ne sont donc pas économiques; - les systèmes d'aspersion par jet d'un liquide sont très efficaces sur le plan du refroidissement mais ils ne peuvent pas fonctionner dans une large gamme de coefficients d'échanges. Le procédé selon l'invention se propose d'assurer les caractéristiques de refroidissement recherchées, à savoir coefficients dréchanges élevés et réglage dans une gamme importante de ces coefficients. Le procédé selon invention est caractérisé en ce qu'il consiste à introduire un jet liquide conique, suivant un emplacement soigneusement choisi, dans un jet gazeux à basse pression projeté à forte vitesse sur les produits à refroidir, l'injection étant réalisée de façon que les particules du liquide soient répandues dans tout le volume du jet gazeux en formant dans celui-ci un brouillard projeté sur les produits à refroidir. Selon une caractéristique de cette invention, la pression de gaz, notamment de l'air, est inférieure à 0,15 bar, ce qui présente l'avantage de pouvoir obtenir le jet gazeux en utilisant un ventilateur centrifuge. Dans le procédé selon cette invention, le jet liquide conique, formé par les gouttelettes ayant un diamètre de l'ordre de 0, 8 à 2 mm, injecté dans le jet gazeux, est pris en charge par celui-ci et sous l'effet du frottement est brisé en gouttelettes beaucoup plus fines de l'ordre de 0, 05 à 0, 2 mm de diamètre. Comme indiqué ci-dessus, la géométrie de l'injection est choisie de telle façon que les particules du liquide, répandues dans le jet gazeux, forment un brouillard à l'intérieur de celui-ci. Ce brouillard, projeté sur les produits à refroidir, met en contact les fines particules de liquide avec les surfaces très chaudes du produit à refroidir, dont la température peut atteindr 1100 C. L'évaporation qui en résulte absorbe la chaleur et se traduit par des échanges thermiques très intenses. Selon l'invention, on utilise des débits gazeux importants et des débits de liquide relativement faibles. De préférence, le gaz est chargé en liquide dans une proportion généralement égale ou inférieure à 0, 25 kg de liquide par 1 Nm de gaz. Dans ces limites, et en modifiant le débit du liquide, on obtient des coefficients d'échanges thermiques qui varient dans un rapport de I à 10. Grâce aux faibles teneurs en liquide et en choisissant bien les débits de gaz, il est possible d'assurer une évaporation totale des gouttes. Selon l'invention, la variation d'intensité de refroidissement est obtenue par modifications du débit du liquide ou du débit de gaz ou des deux simultanément. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précisé ci-dessus. Ce dispositif, qui peut être inséré dans une zone de refroidissement d'une installation de traitement en continu de produits métalhrgiques, comprend, de part et d'autre des faces du produit à refroidir circulant en continu, des rangées soit de tubes, soit de caissons de soufflage du gaz, comportant des ajutages déchargeant le gaz sous forme de jets coniques, chaque ajutage étant muni d'un injecteur de liquide, l'injection du liquide dans le jet gazeux étant choisie de manière à obtenir un fractionnement optimal des gouttelettes issues du jet liquide. Selon l'invention, la hauteur d'un injecteur par rapport à l'ajutage audessus duquel il est placé est égale au diamètre contracté de cet ajutage. Selon une autre caractéristique de cette invention, les ajutages de soufflage sont disposés en rangées perpendiculaires au sens de déplacement du produit à refroidir et les ajutages des différentes rangées sont décalés les uns par rapport aux autres. Selon l'invention, le dit gaz est de l'air et le liquide est de l'eau. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence au dessin annexé qui en illustre un exemple de réalisation non limitatif. Sur le dessin la figure 1 représente schématiquement en perspective un dispositif selon l'invention appliqué au refroidissement des tôles défilant en continu, et la figure 2 représente schématiquement un exemple de positionnement d'un injecteur par rapport à son ajutage. En se référant à la figure 1, on y voit que la tôle 1, défilant dans le sens indiqué par la flèche traverse la section de refroidissement constituée pzr un certain nombre de rangées de tubes, tels que 2a, ou de caissons tels que 2b, dans lesquels est soufflé un gaz, notamment de l'air, à basse pression, en utilisant par exemple un ventilateur centrifuge (non représente). 33èn entendu le système de refroidissement constitué par des tubes ou des causons représente des -ariantes qui ne peuvent exister simultanément sur ;;ne seule ins,caiÂatior-- es caissons ou ces tubes sont disposés de part et d'autre de ia W1e i. Les tubes 2a et les caissons 2b sont pourvus d'une pluralité d'ajutages 3 au travers desquels le gaz est déchargé sous forme de jets coni ques. Ainsi qu'on peut le voir sur le dessin, chaque ajutage 3 est pourvu d'un injecteur 4 à pulvérisation mécanique de liquide, l'alimentation de ces injecteurs s'effectuant au travers de collecteurs 5. Les ajutages 3 sont disposés dans des plans parallèles à la bande, en rangées perpendiculaires au sens de déplacement de la tole à refroidir. Les ajutages de ces rangées sont décalés les uns par rapport aux autres, ainsi que celà est clairement visible à la figure I, de façonà assurer une meilleure homogénéitédu refroidissement sur la largeur du produit à traiter constitué ici par la tuile 1. Le brouillard obtenu, comme indiqué ci-dessus, par la projection des particules du liquide dans tout le volume du jet gazeux est projeté sur la tôle à refroidir. On détermine la géométrie de l'injection du liquide dans le jet gazeux de manrere à obtenir un fractionnement optimal des gouttelettes issues du jet liquide. En se référant à la figure 2 on voit que la positionne l'injecteur 4 est définie par la distance h le séparant de l'ajutage 3 au-dessus duquel il est placé. Cette distance h est, selon l'invention, sensiblement égale au diamètre d contracté de l'ajutage 3, le rapport d/D entre ce diamètre contracté et le diamètre réel D de l'ajutage 3 dépendant du profilde cet ajutage. Le diamètre contracté d est fonction de l'angle de pulvérisation o( de l'injecteur 4, cet angle étant généralement voisin de 30". A titre d'exemple non limitatif, les autres paramètres caractéristiques de cette installation sont les suivants - Diamètre D des ajutages : 30 à 100 mm - Pression du gaz soufflé (air) : 200 à 1200 da Pa(2000 à 12000N/r 5 2 - Pression du liquide (eau) : 1 à 7. 10 N/m - Débit du liquide (eau) par injecteur : 15 à 200 l/h. Dans de telles limites, une installation selon l'invention permet d'obtenir des coefficients moyens d'échanges thermiques situés entre 100 et 2000 W/m. C, ces coefficients étant réglables dans un rapport de 1 à 10 pour une installation donnée. Parmi les exemples d'application de cette invention, on peut citer le refroidissement des bandes ou tôles fortes ou de brames ou billettes. n demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit et représenté, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1) Procédé de refroidissement pour le traitement en continu des métaux, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter un jet liquide conique2 suivant un emplacement soigneusement choisi, dans un jet gazeux à basse pression projeté à forte vitesse sur les produits à refroidir, l'injection étant réalisée de façon que les particules de liquide soient répandues dans tout le volume du jet gazeux en formant dans celui-ci un brouillard qui est projeté sur les produits à refroidir. 2) Procédé selon la revendication'l, caractérisé en ce que la pression du gaz dans lequelest injecté le jet liquide, est inférieure à 15000 Newton/m2 et est comprise de préférence entre 2000 et 12000 Newton/m 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz est chargé en liquide en une proportion égale ou inférieure à 0, 25 kg 3 de liquide pour 1 Nm de gaz. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz est de l'air et le liquide injecté est de l'eau. 5) Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, inséré dans une zone de refroidissement d'une installation de traitement en continu de produits métallurgiques, caractérisé en ce qutil comprend de part et d'autre des faces du produit à refroidir circulant en continu, des rangées de tubes ou de caissons de soufflage de gaz, comportant des ajutages déchargeant le gaz sous forme de jets coniques, chaque ajutage étant muni d'un injecteur de liquide, l'injection du liquide dans le jet gazeux étant choisie de manière à obtenir un fractionnement optimal des gouttelettes issues du jet liquide. 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la hauteur h d'un injecteur par rapport à l'ajutage au-dessus duquel il est placé est égale au diamètre contracté d dudit ajutage. 7) Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les ajutages de soufflage sont disposés dans un plan parallèle à la bande, en rangées perpendiculaires au sens de déplacement du produit à refroidir. 8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ajutages des différentes rangées sont décalés les uns par rapport aux autres. 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que les injecteurs sont du type mécanique.