Brevet FR2525499A1 — publié le 19831028

1.- "Dispositif de refroidissement par l'eau pour des t 8 les et des bandes, sous forme d'un rideau d'eau formé par une buse " L'invention concerne un dispositif permettant d'obtenir un rideau d'eau fermé pour le refroidissement de tales et de bandes en mouvement, dispositif dans lequel -une ou plusieurs caisses à eau reliées respectivement avec des arrivées, et réparties sur toute la longueur d'une sec- tion de refroidissement, sont chacune munies d'une buse à fentes disposée transversalement par rapport à la direction de déplacement du produit à refroidir, buse à partir de laquelle l'eau de refroidissement guidée, entre des parois longitudinales, sort de façon continue en chute libre et autant que possible avec un écoulement laminaire. En ce qui concerne la sortie d'eau, il impor- te que l'écoulement à l'intérieur du rideau d'eau soit aus- si laminaire que possible, ce qui contribue à la stabilité, à l'homogénéité et à l'amélioration de l'effet de refroi- dissement A cet effet, il est connu de prévoir une ou plusieurs buses à fentes rectangulaires s'étendant sur la totalité de la largeur du produit à refroidir, buses dont les parois longitudinales sont susceptibles de pivoter de sorte qu'une adaptation continue de l'écoulement d'eau de refroidissement aux différentes conditions de fonctionne- ment, est possible Le réglage s'effectue ainsi: en ce que les parois longitudinales sont appariées l'une à l'autre 2.- en convergeant fortement et qu'ainsi l'orifice de sortie de l'eau de refroidissement est toujours rétréci par rap- port à l'orifice d'entrée Dans le cas de parois longitudi- nales non réglables, ces parois sont profilées en forme d'arc de cercle ou bien présentent une courbure concave pour rétrécir l'orifice de sortie, et pour soutenir cet effet, il est en outre prévu dans le dispositif connu de refroidissement par l'eau, que des tiroirs en forme de coin, avec un profil convexe-concave, viennent en prise dans la fente de la buse (DB-PS 22 35 063). Il est en outre connu, pour fournir un rideau d'eau fermé et tombant de façon continue d'une grande haum teur sur le produit à refroidir, (DB-OS 28 04 982), d'in- sérer en outre dans une buse à fente rectangulaire, des sortes de cribles avec une pluralité de canaux contigus convergents, dont l'orifice d'admission présente égale- ment une surface de section transversale plus importante que l'orifice de sortie, afin d'amplifier la convergence. Les concepts ci-dessus indiqués avec des buses à fentes convergentes pour diminuer les turbulences à la sortie des buses, entraînent pour une part, des coûts de fabrica- tion élevée et ne peuvent 4 tre réalisés en pratique qu'avec une dépense importante. L'invention part de ce que l'eau de refroi- dissement doit, comme cela est connu, être amenée sur le produit à refroidir en chute libre au moyen de buses à fen- tes rectangulaires Le c 8 té longitudinal du rideau d'eau de section transversale rectangulaire est alors d'une lar- geur égale à celle du produit à refroidir Par contre, le c 8 té étroit dépend, dans son dimensionnement, du problème de refroidissement envisagé, c'est-à-dire si la priorité doit être donnée à l'efficacité du refroidissement ou bien à l'intensité du refroidissement Par ailleurs, le c 8 té étroit du rectangle à la sortie doit être aussi grand que possible, pour obtenir, après le resserrement résultant 3.- de la loi de continuité et de la hauteur de chute, une largeur d'arrosage encore aussi importante que possible. Ceci du fait que lors du refroidissement au moyen de rideaux d'eau, il intervient dans la détermination de l'effet de refroidissement, non seulement le débit horaire de l'eau de refroidissement qui s'écoule, mais également aussi la largeur d'arrosage Compte tenu de cette corrélation, il est nécessaire qu'à la sortie d'eau, le rideau d'eau, pour un débit d'écoulement aussi réduit que possible, soit aussi large que possible dans la zone desservie, grâce à quoi la largeur d'arrosage est optimalisée. L'inventioh a pour but de perfectionner un dispositif de refroidissement par l'eau du type irliale- ment mentionné, de façon que l'on obtienne un rideau d'eau cohérent et une grande largeur d'arrosage pour des hauteurs de chute importantes en renonçant aux parties de parois réglables ou pivotantes des buses à fentes rectangulaires, ou encore au profilage de ces buses ou à des insertions dans celles-ci Ce but est atteint, conformément à l'inven- tion, en ce qu'au moins dans la zone d'entrée de la buse, ou bien sur une partie de la hauteur de chute de l'écoule- ment d'eau, une chute de pression, et donc un abaissement de la vitesse d'écoulement, soit obtenue par un élargisse- ment de section, et que l'entrée de la buse égale ou infé- rieure à sa sortie, soit d'une dimension telle que le débit d'écoulement souhaité soit exigé. Le renoncement conforme à l'invention de l'allure convergente des parois longitudinales de la buse, repose sur les considérations suivantes: La vitesse d'écoulement ou de sortie de l'eau de refroidissement pour une largeur donnée de la buse à fente est très importante pour la sortie d'eau, le débit de l'eau qui sort pouvant alors être réglable Des recher- ches ont montré qu'en supposant une largeur de fente cons- tante, de fortes turbulences interviennent à grande vitesse, 4.- tandis que par contre, pour des vitesses faibles, le rideau d'eau est instable et le resserrement trop important, c'est-à-dire que la largeur d'arrosage diminue Il a été trouvé qu'une basse vitesse de sortie, mesurée, avec un écoulement au moins quasi laminaire qui, dans tous les cas, permet un rideau d'eau cohérent, peut être obtenue lors- qu'une partie du niveau de pression minimal techniquement nécessaire pour l'écoulement mesurée de l'entrée de la buse jusqu'à la sortie de la buse est supprimée sous for- me de perte de pression par étranglement Avantageusement, une telle perte de pression est réglée de façon que l'on ait une vitesse de sortie de 1,4 m/s, grace à quoi on peut obtenir les rideaux d'eau optimaux sans le risque d'un dé- chirement. La chute de pression selon l'invention peut être obtenue de différentes façons Une possibilité consis- te à ce que les parois longitudinales de la buse à fente soient parallèles l'une à l'aut;re et qu'au-dessus de l'en- trée de la buse, à l'emplacement d'étranglement rétréci, soit prévu, par exemple un barreau rond sur l'arrivée d'eau vers l'entrée de la buse Bu outre, les parois longitudina- les de la buse à fente peuvent présenter une allure diver- gente augmentant la sortie par rapport à l'entrée, les pa- rois transversales de la buse pouvant, dans ce cas, égale- ment diverger Une chute de pression supplémentaire est obtenue lorsque les parois longitudinales de la buse dans la zone de l'entrée de la buse, sont à arêtes vives Toutes ces dispositions simples remplacent la dépense, faite jus- qu'à ce jour, de dispositions supplémentaires d'appareil- lages, comme par exemple la possibilité de faire pivoter les parois longitudinales de la buse pour obtenir un rideau d'eau cohérent avec une grande largeur d'arrosage Des dis- positions pour obtenir une arrivée tranquille de l'eau en amont de l'entrée de la buse, font également parties de l'invention, car un écoulement aussi laminaire que possible 5.- à l'intérieur de la buse est une condition préalable pour obtenir un rideau d'eau cohérent Ces dispositions sont indiquées dans les revendications 6 à 8. L'invention va être expliquée plus en dé- tail en se référant à des exemples de réalisation repré- sentés sur les dessins ci-joints, dans lesquels: la figure 1 est une représentation simpli- fiée d'une buse à fente rectangulaire avec des parois lon- gitudinales parallèles, la figure 2 montre une buse à fente avec des parois longitudinales divergentes, la figure 3 montre une buse à fente avec des parois longitudinales en partie parallèles et divergen- tes dans leur partie inférieure, la figure 4 est une coupe transversale par- tielle d'une première forme de réalisation d'une caisse d'eau avec une buse à fente rectangulaire selon la figure 2, la figure 5 est une vue de dessus corres- pontant à la figure 4, la figure 6 est une coupe partielle d'une seconde forme de réalisation de la caisse d'eau, la figure 7 est une vue de dessus corres- pondant à la figure 6. Dans le cas de la buse à fente représentée sur la figure 1 avec des parois latérales parallèles, un barreau rond 17 s'étendant horizontalement, est disposé au-dessus de l'entrée de la buse E à une distance telle de cette entrée qu'il en résulte deux fentes d'étrangle- ment S derrière lesquelles, du fait de l'élargissement de la section transversale, s'instaure une chute de pression à l'intérieur de l'eau s'écoulant à travers la buse Le même effet est obtenu lorsque les parois longitudinales 2 a de la buse divergent sur la totalité de la hauteur de la buse selon la figure 2, ou bien seulement sur une partie de la hauteur de la buse selon la figure 3 Lorsque, par 6.- exemple, la hauteur de chute totale EH selon la figure 3, est fixée pour des raisons techniques d'écoulement à 0,45 m et que l'on souhaite une vitesse de sortie V O de 1, 4 m/s, la perte de pression nécessaire a h en tant que hauteur de la partie divergente des parois longitudinales, s'ex- prime comme suit: Vo = 2 g (H h) X _ V -h; pour H = 0,45 met 2 g V O 1,4 m/s ah= h 0,45 1,42 035 gh= 0,5 = 0,35 mi 2 g La caisse d'eau désignée dans son ensemble par 1 sur la figure 1, porte en son milieu, une buse à fente rectangulaire 2, de sorte que l'eau arrive uniformé- ment de tous c 8 tés à l'entrée E de la buse La buse à fen- te 2 est constituée de deux parois longitudinales 2 a s'éten- dant sur la totalité de la largeur du produit à refroidir, non représenté, ces parois étant à arêtes vives, dans la zone de l'entrée E de la buse Les parois longitudinales 2 a peuvent être facilement remplacées et être disposées de façon divergente l'une par rapport à l'autre de façon que l'entrée E soit plus petite que la sortie A les parois transversales, non représentées, de la buse peuvent égale- ment être réalisées divergentes, ce qui aura pour effet que le c 8 té longitudinal du rideau d'eau, lors de son ar- rivée sur le produit à refroidir, sera à peu près égal au c 8 té longitudinal de la buse à fente à la sortie A. La caisse à eau 1 comporte depuis la zone située au-dessus de l'entrée E de la buse, transversale- ment par rapport à l'étendue longitudinale de la buse à fente, des parois en forme de toit 4 s'abaissant latérale- ment des deux c 8 tés, si bien que seul un espace libre re- lativement réduit est ménagé au-dessus de la buse, espace 7.- qui est rempli ou bien vidé rapidement, ce qui garantit des temps courts préalablement ou postérieurement au fonc- tionnement Une chambre d'alimentation en eau 6 est rac- cordée des deux côtés à la caisse d'eau 1, chambre à partir de laquelle l'eau entre dans la caisse d'eau respectivement par l'intermédiaire d'une tôle perforée 8 disposée horizon- talement, jouant le rôle d'un emplacement d'étranglement supplémentaire Dans les chambres d'alimentation 6, l'eau s'écoule horizontalement par l'intermédiaire d'alimentation 5, et ceci d'après la figure 5 t d'un seul côté L'alimenta- tion d'eau dans les chambres d'alimentation 6 peut, toute- fois aussi, avantageusement, s'effectuer de deux cotés op- posés en contre courant Lorsque le remplissage des cham- bres d'alimentation 6 augmente, le niveau de l'eau augmente et parvient au-dessus des tôles perforées insérées entre les brides 7 jusque dans la caisse d'eau proprement dite en remplissant celle-ci Les tôles perforées sont accessi- bles après enlèvement d'une bride pleine 9 et peuvent ain- si être facilement nettoyées On peut voir sur la figure 4, que le perçage traversant 9 a, fermé par une bride pleine 9 pour une tôle perforée 8, est disposé au-dessus de l'ori- fice traversant 5 a de chacune des alimentations 5. Grâce à la constitution de la caisse d'eau, y compris l'alimentation, selon les figures 4 et 5, une influence tranquillisante est déjà exercée sur l'eau dans la phase d'entrée, les tôles perforées éliminant dans une large mesure les composantes horizontales d'écoulement pro- voquées par l'alimentation horizontale en eau, si bien qu'à l'entrée de la buse, il n'intervient aucune perturbation horizontale d'écoulement à partir de l'écoulement de ré- partition Le trajet important entre les tôles perforées 8 exerçant un effet d'étranglement et l'entrée E de la buse favorise une tranquillisation complémentaire de l'eau. Dans le cas de l'exemple de réalisation se- lon les figures 6 et 7, la caisse d'eau revêt la forme d'un 8.- récipient -ubulaire collecteur d'eau Ici également, des parois en folme de toit s'abaissant latéralement des deux c 8 tés se trouvent au-dessus de l'entrée E de la buse à fen- te, parois grâie auxquelles le niveau excédentaire d'eau au-dessus de l'entrée E est réduit L'eau pénètre par l'in- termédiaire d'une alimentation 5 dans une chambre latérale d'alimentation en eau 6, dans laquelle eet disposée, serrée entre les brides 7, une tÈle perforée 8 L'eau ne pénètre plus comme dans l'exemple de réalisation selon les figures 4 et 5, directement à partir de l'espace situé au-dessus de la tele perforée 8, dans le récipient collecteur d'eau 12, mais y pénètre par l'intermédiaire de raccords hori- zontaux 13 répartis sur la longueur du récipient tubulaire collecteur d'eau 12 et qui débouche dans la chambre d'ali- mentation en eau 6 au-dessus de la t 8 le perforée 8 lia chambre d'alimentation en eau 6 est reliée avec les rac- cords 13 au récipient collecteur dleau 12 de la caisse à eau 1, par l'intermédiaire de brides 14, 15 La repartition de l'arrivée d'eau au récipient collecteur 12 par plusieurs raccords horizontaux 13, assure une tranquillisation supplé- mentaire de l'eau ainsi alimentée Il est recommandé de prévoir par mètre de longueur de la caisse d'eau, trois raccords 13 pour éliminer l'écoulement longitudinal dans l'alimentation 5 disposée au-dessous de la t 8 le perforée et orientée parallèlement à la buse à fente 2 Il est re- commandé pour de grandes largeurs du produit à refroidir, de disposer des chambres d'alimentation en eau 6 des deux c 8 tés du récipient collecteur d'eau 12, celui-ci étant alors muni de brides de raccordement 15, diamétralement opposées. Le dispositif de refroidissement conforme à l'invention, peut être mis en oeuvre partout oh un matériau plat en déplacement, doit être refroidi Par exemple, de- vant et entre les équipements de fabrication d'une ligne de bande à chaud, derrière la ligne de fabrication ainsi qu'en cas de refroidissement d'une tôle aux différents 9.- emplacements dans la zone de production d'un équipement de laminage de ttles pour obtenir une stzructure cristalline déterminée dans le cadre d'un traitement thermique Pour une utilisation optimale de l'eau, il est alors judicieux d'associer à des écoulements de sortie différents, égale, ment des largeurs de fentes de buses différentes Ainsi, on peut par exemple, obtenir dans une ligne de bande à chaud, des variations brusques souhaitées de température pour cha- que caisse à eau, grâce à quoi on peut constituer une zone de refroidissement finement modulée, comme cela est néces- saire dans les installations de refroidissement modernes de trains de rouleaux d'évacuation. En ce qui concerne le rapport des surfaces entre l'entrée E de la buse et la sortie A de la buses un rapport d'une valeur de 1: 2 est recommandable dans chaque cas, jusqu'à une largeur de fente à l'entrée de à 12 mm. 10.- RE V E N DI C AT ION S 1. Dispcsiti Lf psut cbtenr u ridea d'eau fermé pour le refroidissement de tues et de bandes en mouvement, dispositif dans lequel il est prévu une ou p Lu- sieurs caisses d'eau respectivement roliées à des al Lmenta- tions, et réparties sur la longueur totale d'une section de refroidissement, avec chacune une buse à fente disposée transversalement par rapport à la direction de d 9 placement des produits à refroidir, caisse d'eau à partir de laquelle l'eau de refroidissement guidée entre deux parois longitu- dinales sort de façon continue en chute libre avec un écou- lement autant que possible laminaire, dispositif caractéri- sé en ce qu'au moins dans la zone d'entrée (l) de la buse, ou bien sur une partie de la hauteur de chute de l'écoule- ment d'eau, une chute de pression, et donc un abaissement de la vitesse d'écoulement, sont obtenus par élargissement de la section transversale, tandis que l'entrée de la buse est égale ou inférieure à la sortie de la buse (A), mais de la dimension nécessaire pour le débit d'écoulement sou- haité, 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois longitudinales ( 2 a) de la buse à fente ( 2) s'étendent parallèlement l'une à l'au- tre, tandis qu'il est prévu, au-dessus de l'entrée (B) de la buse, un point d'étranglement réduisant l'arrivée de l'eau vers l'entrée de la buse, par exemple un barreau rond ( 17). 3. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les parois longitudinales ( 2 a) de la buse à fente ( 2) présentent une allure divergente, augmen- tant la sortie (A) par rapport à l'entrée (B). 4. Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les parois transversales de la buse divergent également. 5 Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 11.- 3, caractérisé en ce que les parois longitudinales ( 2 a) de la buse sont à arêtes vives au voisinage de i'entr-ée (E) de la buse. 6. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les caisses d'eau ( 1) recevant une buse à fente ( 2) comportent des parois en forme de toit ( 4) s'abaissant latéralement des deux cotés, transversalement à l'extension longitudinale de la buse à fente depuis la zone se situant audessus de l'entrée (E) de la buse, tandis qu'à chaque caisse d'eau est raccordée au moins une chambre d'alimentation en eau ( 6)t à partir de laquelle l'eau pénètre en montant dans la caisse d'eau par l'intermédiaire d'une ttle perforée ( 8) disposée horizontalement et jouant le rôle d'étrangle- ment supplémentaire. 7. Dispositif selon la revendication 6, ca- ractérisé en ce'qu'il comporte un récipient tubulaire ccl- lecteur d'eau ( 12) comme caisse à eau avec des raccorde ho- rizontaux ( 13) répartis sur sa longueur, ces raccords dé- bouchant dans la chambre d'alimentation en eau ( 6) au- dessus de la tôle perforée ( 8). 8. Dispositif seloh la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux chambres d'alimenta- tion en eau ( 6) disposées des deux côtés de la buse à fente ( 2) avec chacune une alimentation ( 5) disposée horizontale- ment au-dessous de la t 8 le perforée ( 8) et orientée paral- lèlement à la buse à fente.