Brevet FR2468651A1 — publié le 19810508

La présente invention se rapporte à des perfectionnements à un procéde et à une machine permettant de tremper une tale metallique en mouvement, à l'aide d'un aerosol formé par de l'aet et des gouttes d'eau et déplacé par un courant d'air de manière à balayer les deux faces de la tale. Elle s'applique à la trempe de tales en acier faiblementallié, généralement soudable. Il existe des machines de trempe dans lesquelles la tale passe entre des rouleaux de maintien pendant que des jets d'eau sont projetés sur les deix faces. Ces machines exigent des depenses d'énergie importantes et leur coût est élevé. La demanderesse a imagine dans le brevet franchais n 72-40507, une machine dans laquelle la tale passe entre des rouleaux qui forment, avec des plaques, une enceinte servant à confiner un courant de fluide de refroidw- sementqui s'écoule parallèlement aux rouleaux en balayant les deux faces de la tale. Cette machine a été perfectionnée dans le certificat d'addi- tion franglais n 74 38378, en utilisant comme fluide de refroidissement un aerosol formé par des injections séparées d'air et de gouttes d'eau. Le me lange d'air et de gouttes d'eau circule transversalement.Des buses de pul vérisation d'eau sont disposes selon la direction d'écoulement transversal de l'aérosol afin d'obtenir une bonne hamogénéité de trempe selon la largeur de la tale. L'enceinte a une forme divergent,selon le sens d'écoulement de l'aérosol, de L'entre vers la sortie, à la manière d'une tuyère. Cette dis- position favorise l'honogénéité de trempe dans le sens transversal. L'écou- lement transversal du mélange d'air et de brouillard d'eau s'effectue soit par soufflage d'air comprimé à entrée de l'enceinte soit par aspiration du melange à la sortie de l'enceinte. La trempe est realisée dans deux zones distinctes.La première zone située du côté de l'arrivée de la t81e assure une trempe à haute intensité. La deuxième zone situee plus en aval assure le maintien au noir, à une température inférieure à 200 OC. La présente invention a pour objet des perfectionnements à un procede et à une machine permettant de tremper une tale se déplaçant dans le sens de sa largeur en la faisant défiler dans un courant d'aerosol forme d'air et circule de gouttes d'eau qui./parallèlement à la tôle, au contact des deux faces, perpendiculairement au sens d'avance de cette tale,en étant confiné dans d'air une enceinte de trempe divergente entre une entrée/latérale et une sortie latérale d'aérosol, l'eau étant introduite en différents points échelonnes selon le parcours de l'aérosol,au-dessus et au-dessous de la tôle, et il est essentiellement caracterisé par le fait qu'il consiste à introduire une quantite de gouttes d'eau telle que le rapport de la masse d'eau à la masse d'air soit supérieur à 9 à la sortie de ltenceinte. La machine de trempe selon l'invention comporte au moins une enceinte et formée de trempe traversée par la tale/par des rouleaux entre lesquels passe la tale et par des plaques de fermeture situées l'une au-dessus, l'autre au dessousXde la tale et donnant un profil divergent entre une entrée d'air latérale et une sortie latérale d'évacuation dtun aérosol d'air et de gotttes d'eau qui est déplace parallèlement à la tôle et perpendiculairement au sens d'avance par une différence de pression établie entre ladite entrée et ladite sortie, les gouttes d'eau étant projetees au-dessus et au-dessots de la tale par des buses échelonnées selon le parcours transversal de l'aérosol, et elle est caractérisée par le fait qu'elle comprend un séparateur branché sur la sortie de l'enceinte et diminuant la teneur en eau de l'aé- rosol. L'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à des modes de réalisation donnés- à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés. La figure l est une cApe longitudinale de la machine de trempe selon l'i > vention. La figure 2 est une coupe verticale-parallèle aux rouleaux d'une enceinte de trempe dans laquelle la circulation de l'aérosol est produite par une aspiration à la sortie. La figure 3 est une coupe verticale-parallèle aux rouleaux-d'une enceinte de trempe dans laquelle la circulation de I'akosol est produite par soufflage d'air à l'entrée. La figure 4 est une coupe horizontale schématique montrant la distribution d'eau dans la veine supérieure. La figure 5 est une coupe horizontale schématique montrant la distribu d'eau dans la veine inférieure. Le procédé selon l'invention perfectionne le procédé qui est décrit dans le certificat d'addition nO 74.383 78. Il consiste comme celui-ci à faire défiler la tôle dans un courant d'aérosol formé d'air et de gouttes d'eau qui circule parallèlement à la tôle, au contact des deux faces, perpendiculairement au sens d'avance de cette tale. L'aérosol est confiné dans une enceinte ayant, dans un plan vertical, un profil divergent et s'écoule entre une entrée latérale d'air et une sortie latérale opposée. Des jets de gouttes d'eau sont injectés dans l'enceinte, en différents points éche lonnés sur le parcours de l'aérosol, dans la veine supérieure et dans la veine inférieure. Des jets de gouttes d'eau sont également prévus à proximité de l'entrée d'air. On a découvert une analogie entre le confinement de l'aérosol de manière divergente et le fonctionnement d'une tuyère. Du fait de cette enceinte divergente et de l'énergie thermique apportée par la tale chaude, l'air se détend et sa vitesse augmente en allant de entrée vers la sortie. Cette détente de l'air à grande vitesse permet d'évacuer l'eau injectée dans la veine. L'efficacité des échanges thermiques entre tôle et air, en régime turbulent, dans une veine divergents permet d'obtenir cette évacuation de l'eau. La différence de pression entre entrée et la sortie de enceinte est inférieure à 0,3 bar et est de préférence comprise entre 0,1 bar et 0,2 bar. Cette différence de pression est engendrée par soufflage d'air à l'entrée ou par aspiration de l'aérosol à la sortie. La différence de pres- sion est maintenue constante et la circulation d'aérosol reste normale en prélevant une partie des gouttes d'eau véhiculées dans ltaérosol, à à la sortie de lsenceinte, avant le dispositif dtaspiration ou avant le rejet dans la cheminée.Le rapport de la masse d'eau à la masse d'air est supérieur à 9 à la sortie de chaque enceinte avant extraction de l'eau. La mag se peau projetée par les buses de projection d'eau situées vis-a-vis des faces de la tale est supérieure à la masse d'eau projetée par les buses de protection d'eau situees latéralement par rapport à la tale Le diamètre des gouttes est compris entre 350 et 450 microns. La machine représentée par les figures 1 à 5 sert à tremper une tale 1 se déplaçant horizontalement, selon la direction F, dans le sens de sa longueur Elle comporte des rouleaux ou galets rotatifs qui sont montés sur un châssis inférieur 41 et sur un chassies supérieur 42 en une ou plusieurs parties. Le chassies inférieur est fixe. Le chassis supérieur 42 est mobile vrticalement. Des mécanismes de serrage appropriés permettent de les dépla relativement cer/de maniere à serrer la tale entre les rouleaux ou palets inférieurs et les rouleaux ou galets supérieurs. La machine comporte deux enceintes de trempe qui sont traversées successivement par la tôle. L'enceinte de trempe disposée en amont est une enceinte de trempe à haute intensité. Elle est limitée en amont par une paire de rouleaux à axes horizontaux 21-22 montés respectivement sur le chassies inférieur et sur le châssis supérieur, dans un même plan vertical perpendiculaire au sens d'avance F. Elle est limitée en aval par des rouleaux à axes horizontaux 23-24 montés respectivement sur le châssis inférieur et sur le châs- sis supérieur, dans un même plan vertical perpendiculaire au sens d'avance F. Les rouleaux 21 à 24 sont extérieurement cylindriques sur toute la largeur de la tale de manière à assurer l'étanchéité.L'enceinte est Dar et superieure 26 ailleurs délimitée par une plaque de fermeture inférieure 25/situéesau- et au-dessus dessous/de la tôle de manière à fermer, avec étanchéité, ltespace compris inferieurs et entre les rouleaux/supérieurs. Ces plaques de fermeture-inférieure 25 et supérieure 26-sont inclinées transversalement. Cette enceinte de trempe à haute intensité comprend une entrée latérale 51 d'arrivée d'air et une sortie latérale 52. Cette entrée et cette sortie sont disposées sensiblement au meme niveau, de part et d'autre de la tale prise dans le sens de la largeur. On notera que la distance entre chaque plaque inférieure ou supérieure et la tôle augmente de l'entrée 51 vers la sortie 52. La plaque inférieure 25 et la plaque supérieure 26 associée forment, en coupe verticale, un profil divergent, de l'entrée vers la sortie, selon le sens d'écoulement de l'aérosol. L'enceinte est analo- Rue à une tuyère. L'angle au sommet formé par les plaques 25 et 26 est compris entre 2 et 3 . L'enceinte de trempe à haute intensité se divise.lorsqutelle est traversée par une tôle, en une veine inférieure 53 et une veine supérieure 54. Des buses de projection d'eau 71 et 72 débouchent dans 1'enceinte à haute intensité respectivement au-dessous et au-dessus du plan de la tale Elles sont disposées latéralement à proximité de l'entrée 51. Elles sont alimentées en eau sous pression et donnent des jets de gouttes d'eau qui sont axés parallèlement aux rouleaux. Des buses de projections d'eau 73 et 74 débouchent dans l'enceinte, respectivement au-dessous et au-dessus de la tôle. Ces buses 73 et 74 sont alimentées en série respectivement par des rampes 75 et 76. Elles sont échelonnées selon le sens d'écoulement de l'aérosol. Elles donnent des jets de gouttes d'eau axés verticalement vers la face inférieure et vers la face supérieure de la tale. L'air arrive par entrée 51 et entraîne les gouttes d'eau. Le mélange d'aérosol qui est formé par l'air et les gouttes d'eau est canalisé par l'enceinte qui circule parallèlement à la tale, au contact de ses deux faces, perpendiculairement au sens d'avance, ctest-à-dire parallèlement aux axes des rouleaux. Après la sortie 52, l'aérosol est évacué dans un conduit 9ljusqutà un séparateur repéré dans son ensemble par la référence 9. Ce séparateur comporte une cuve fermée 92 sur laquelle sont raccordées une conduite de sortie d'air 93 et une sortie d'évacuation d'eau 94. Ce séparateur a pour fonction de réduire la teneur en eau de l'aérosol, par rapport à la teneur en eau de I'ârosol passant par la sortie, l'air chargé de vapeur dweau étant évacué par la conduite 93, l'eau chargée de calamine étant évacuée par la sortie 94. Une différence de pression est établie entre l'entrée 51 et la sortie 52, pour faire circuler l'aérosol entre 1ventrée et la sortie. La différence de pression est donnée par un ventilateur branché du côté de l'en- trée 51 (mode de réalisation de la figure 3) ou par un aspirateur branché du cAoté de la sortie 52 (mode de réalisation de la figure 2). Cet aspirateur est un aspirateur du type à jet ou un aspirateur mécanique du type centrifuge par exemple. Dans le cas de la version soufflante, la conduite dair 93 partant du séparateur est raccordée à la cheminée.Dans le cas de la version aspirante, la conduite d'air 93 partant du séparateur est raccordée au système d"aspiration. Le séparateur est monté entre la sortie et la cheminée ou le système d'aspirations Le rôle de ce séparateur est de diminuer la teneur en eau de l'aérosol de manière que l'air extrait par le système dgospiration ou la cheminée ait une teneur en eau nettement plus faible que celle de l'aérosol passant par la sortie. Le débit deau pulvérisée par les buses 71 et 73 dans la veine inférieure est supérieur au débit pulvérisé par les buses 72 et 74 dans la veine supérieure. Les buses inférieures 73 situées vis-a-vis de la tale sont disposées en quinconce. De même les buses supérieures 74 sont disposées en quinconce.Cette disposition comme le montrent les figures 4 et 5 donne une pulvérisation homogene. Le débit d'eau pulvérisée par certaines des buses 73 et 74 situées du côté de la sortie est supérieur au débit d'eau pulvérisée par certaines buses situées du caté de entrée. Globalament le débit d'eau par unité de surface, injectée du côté dela sortie est supérieur au débit d'eau projetéedu caté de l'entrée. Le débit d'eau donné par l'ensemble des buses inférieures 73 donnant des jets dirigés verticalement vers la tôle est supérieur au débit d'eau donné par ltensemble des buses latérales et inférieures 71. De même le débit d'eau donné par l'ensemble des buses supérieures 74 dont les jets sont dirigés verticalement vers la tôle est supérieur au débit d'eau donné par l'ensemble des buses latérales et supérieures 72. Afin d'améliorer le refroidissement dû à la veine inférieure, il est avantageux de prévoir des barrages d'eau au-dessus de la plaque inférieure 25. Ces bagages sont créés par des rebords 251, s'étendant perpendiculairement au sens d'écoulement de aérosol, pratiquement sur toute la longueur comprise entre les rouleaux inférieurs. L'eau s'écoule en cascade au-dessus de la plaque inférieure, de entrée vers la sortie. Les retenues successives résultent du fait que les distances des rebords 251 par rapport à la tale augmentent selon le sens d'écoulement de l'aérosol. Cs retenues sont localisées au-dessus des buses 73. Par ces retenues l'eau qui tombe par gravité est relancée par les jets provenant des buses 73 qui sont immer geais. L'enceinte de trempe à haute intensité est suivie en aval, par rapport au sens de défilement de la tôle, par une enceinte de trempe de maintien au noir. Cette enceinte de trempe de maintien au noir maintient la température de la tôle, en surface, à une valeur inférieure à 200 environ. L'enceinte de maintien au noir est limitée en amont par la paire de rouleaux 23-24. Elle est limitée en aval par les rouleaux à axes horizontaux 31-32 qui sont montés respectivement sur le châssis inférieur 41 et sur le châssis 43, dans un meme plan vertical. Ces rouleaux sont extérieurement cylindriques de manière à assurer l'étanchéité. L'enceinte est par ailleurs délimitée par une plaque de fermeture 35 qui ferme, avec étanchéité, ltespace compris entre les rouleaux inférieurs et par une plaque de fermeture supérieure 36 qui ferme, avec étanchéité, l'espace compris entre les rouleaux supérieurs. Ces plaques de fermeture 35 et 36 sont inclinées transversalement. Cette enceinte de maintien au noir comprend une entrée d'air laérale et une sortie latérale. Cette entrée et cette sortie sont disposées sensiblement au même niveau, de part et d'autre de la tale prise dans le sens de la largeur. On notera que la distance verticale entre chaque plaque de fermeture inférieure ou supérieure et la tala augmente de l'entrée vers la sortie. Ainsi, la plaque inférieure et la plaque supérieure associée forment un profil divergent de l'entrée vers la sortie, selon le sens lement de l'aérosol. L'angle au sommet formé par les plaques 35 et 36 est compris entre 2 et 30. L'enceinte de maintien au noir se divise, lorsqu'elle est traversée par une tale, an une veine inférieure 63 et une veine supérieur 64. Des buses de projection d'eau 81 et 82 débouchent dans cette enceinte de maintien au noir, respectivement au-dessous et au-dessus du plan de passage de la tale. Elles sont disposées latéralement du côté de l'entrée Elles sont alimentées en eau sous pression et donnent des jets qui sont axés parallèlement aux rouleaux. Des buses de projection d'eau 83 et 84 débouchent dans l'enceinte respectivement au-dessous et au-dessus de la tale. Ces buses 83 et 84 sont alimentées en série par des rampes transversales, Elles sont échelonnées selon le sens d'écoulement de l'aérosol. Elles donnent des jets de gouttes d'eau axés verticalement vers la face inférieure et vers la face supérieure de la tale. Le mélange d'aérosol qui est formé par l'air et les gouttes d'eau circule dans l'enceinte de maintien au noir parallèlement à la tales au contact de ces deux faces et perpendiculairement au sens d'avance ctest-à -dre parallèlement aux rouleaux. Après la sortie, l'aérosol est évacué dans un ou plusieurs conduits jusqu'à un ou plusieurs séparateur s semblables au séparateur 9. Chaque séparateur comporte une cuve fermée sur laquelle sont raccordées une conduite de sortie d'air et une sortie d'évacuation d'eau. Chaque séparateur a pour fonction de réduire la teneur en eau de l'aérosd en aval de la sortie avant extraction par la cheminée ou l'aspirateur. La tale peut-etre trempée au défilé de manière qu'une partie limitée de la tôle s'engage dans la veine de ltenceinte de maintien au noir Cette solution est envisagée dans le certificat d'addition 74/38378. Les sépara teurs peuvent-être de différentes conceptions. Dans le mode de réalisation de la figure 2 la conduite 91 débouche tangentiel lament dans la cuve 92. L'eau se sépare du mélange sous l'effet de la force centrifuge. Des rampes helicoïdales 95 sont soudées à l'intérieur de la cuve 92 et canalisent vers vers le bas La conduite d'évacuation d'eau 94 est couplée à un grou pe motopompe qui retire l'eau dede la cuve0 L'air est aspiré à la partie su- périeure de la cuve par la conduite 93 Dans le mode de réalisation de la figure 3 le épurateur est réalisé plus simplement par une cuve cuve 92 comprenant des déflecteurs 96. Le fonctionnement de la machine de trempe va maintenant être expliqué. La tôle défile tout d'abord dans l'enceinte de trempe à haute inten sites La peau de la tôle ayant été mise au noir dans la zone à haute in- intensité. La tt31e passe ensuite dans leenceinte de maintien au noir Le rt- le de cette enceinte est de maintenir la température de la peau de la tt- le en-dessous de 2000C et d'évacuer le restant des calories diffusant par conductibilité du coeur vers la peau de la tale. Dans chaque enceinte, l'air arrive latéralement par entrée latérale. Dans la variante où la circulation de l'aérosol est produite par aspiration, la pression à l'entrée est sensiblement égale à la pression atmospérique. La dépression à la sortie est de 0,1 bar à 0,3 bar. Dans la variante où la circulation de l'aérosol est produite par soufflage d'air à l'entrée, la surpression à l'entrée est de 0,1 bar à 0,3 bar par rapport à la pression atmosphérique. La vitesses l'air qui, à proximité de l'en- trée, est supérieure à 40 mètresSseconde augmente de entrée vers la sortie, Chaque veine de trempe fonctionne à la manière d'une tuyère qui utiliserait pour fonctionner l'énergie thermique fournie par la tale. La peau de la t81e ayant été mise au noir dans l'enceinte de haute intensité, le rôle de la zone de "maintien au noir" est de maintenir la température de la peau de la tale en-dessous de 2000C et d'évacuer le restant des calories diffusant par conductibilité vers la peau de la tale. Il est bien entendu que lton peut sans sortir du cadre de l'invention imaginer des variantes et des perfectionnements de détails et de même envisager ltemploi de moyens équivalents. Les rouleaux servant à confiner l'aérosol pourraient-être remplacés par des galets de support associés à des moyens d'étanchéité connus. REVENDICATIONS 10) Procédé de trempe de tale métallique consistant à faire défiler la t81e dans un courant d'aérosol formé d'air et de gouttes d'eau qui circule parallèlement à la tale, au contact des deux faces, perpendiculairement au sens d'avance de cette t81e en étant confiné dans une enceinte de trempe divergente selon le sens d'écoulement entre une entrée latérale et une sortie latérale d'aérosol, > l'eau séant introduite sous forme de gouttes en différents points échelonnés sur le parcours de 1laérosole au-dessus et au-dessous de la t81e, caractérisé par le fait queil consiste à pulvériser une quantité d'eau telle que le rapport de la masse d'eau à la masse soit supérieur à 9 à la sortie de ltenceinte. 20) Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'il consiste à projeter des gouttes d'eau dont le diamètre est compris entre 350 et 450 microns. 30) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qutil consiste à projeter des gouttes d'eau près de l'entrée d'airs manière que la masse d'eau projetée à cet endroit soit inférieure à la masse d'eau projetée vis-à-vis des faces de la tôle. 40) Procédé selon l'une quelcanque des revendications précédentes caractérisé par le fait qui consiste à diminuer la teneur en eau de l'aéro sol après la sortie de ltenceinte, par rapport à la teneur en eau de l'aé- rosol passant par ladite sortie. 50) Procédé selon ltune quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il consiste à créer une différence de pression entre ltentree et la sortie comprise entre 0,1 bar et 0,3 bar. 60) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait qu'il consiste à déplacer l'air à une vitesse supérieure à 40 mètres/seconde. 70) Machine de trempe de t81e métallique comportant au moins une enceinte de trempe traversée par la t81e et formée par des rouleaux entre lesquels passent la tale et par des plaques de fermeture situées l'une audessus, l'autre au-dessous de la tale et donnant un profil divergent entre une entrée d'air latérale et une sortie latérale io d'évacuation d'un aérosol formé d'air et de gouttes d'eau et déplacé parallèlement à la tale et perpendiculairement au sens de défilement, par une différence de pression établie entre ladite entrée et ladite sortie, les gouttes d'eau étant projetées au-dessus et au-dessous de la tôle par des buses échelonnées selon le parcours transversal de l'aérosol, caractérisée par le fait quelle comprend un séparateur branché sur la sortie de enceinte et diminuant la teneur en eau de l'aérosol. 80) Machine de trempe selon la revendication 7 caractérisée par le fait que le séparateur est constitué par une cuve recevant tangentiellement l'aérosol. 90) Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que l'angle au sommet formé entre une plaque inférieure et une plaque supérieure est compris entre 2 et 3 . 100) Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que les buses situées vis-à-vis des faces de la tale sont disposées en quinconce. 110) Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte des barrages assurant un écoulement en cascade de l'eau au-dessus de la plaque inférieure. 120) Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ventilateur branché du côté de l'entrée.