Brevet FR2568359A1 — publié le 19860131

DISPOSITIF POUR L'HOMOGENEISATION EN TEMPERATURE PAR VOIE INDUCTIVE DE PRODUITS METALLIQUES EN DEFILEMENT La présente invention a trait à l'homogénéisation en température par voie inductive de produits métalliques, notam- ment des brames d'acier, destinés au laminage et ayant préala- blement été soumis à cet effet à un réchauffage non parfaitement homogène. Avant d'être laminés, il est en premier lieu nécessaire de porter les produits métalliques à une température adéquate, et en second lieu, souhaitable que cette température soit aussi uniforme que possible dans toute la masse de ce produit. Ce second objectif est particulièrement difficile à réaliser dans le cas de produits de taille importante tels que les brames. Dans les fours industriels à flamme habituels, destinés au réchauffage des brames avant laminage, qu'ils soient du type "poussant" (brames jointives) ou à "longerons" (brames séparées), les brames se déplacent sur une sole ajourée constituée de barres métalliques, ou glissières, disposées parallèlement dans la direction du défilement des brames. A l'endroit du contact brame- glissières, on constate habituellement la présence de parties plus froides que l'ensemble de la brame et pouvant parfois tra- verser toute l'épaisseur du produit. Ces parties plus froides se manifestent superficiellement par une coloration plus foncée que le reste du produit. Pour cette raison, on les désigne géné- ralement par "traces noires". Un tel phénomène se présente en particulier dans les fours destinés au réchauffage des produits épais o le chauffage s'effectue non seulement par la voûte mais également par le fond, sous les produits, car, d'une part, il est nécessaire de refroidir les glissières intérieurement et, d'autre part, l'endroit du contact brame- glissières n'est pas directement exposé à la chaleur, qui se transmet en grande partie par rayonnement. La présence de ces traces noires est la cause de gra- dients de température locaux suffisamment importants pour engen- drer des défauts métallurgiques dans le produit, et conduire à des surépaisseurs lors du laminage ultérieur. On peut songer à les atténuer en agissant, au niveau du laminoir, sur les jets d'eau destinés à débarrasser les pro- duits en défilement de leur calamine. L'effet de refroidissement qui en résulte peut être adapté en vue de l'atténuation des traces noires, par exemple en refroidissant l'ensemble du produit à l'exclusion des zones des traces noires. Toutefois, on se rend rapidement compte que cette méthode, de mise en oeuvre délicate, offre difficilement les résultats souhaités et, de ce fait, n'est guère utilisée. Une autre solution consiste à faire séjourner les pro- duits réchauffés dans une partie terminale du four non chauffée de manière à permettre une meilleure répartition des tempéra- tures dans toute la masse des produits. Cependant, ce procédé est assez lent et l'homogénéisation n'est acquise qu'au détri- ment de la productivité ou de la taille de l'installation et au prix de dépenses énergétiques supplementaires non négligea- bles. Une autre solution, qui, à la connaissance des inven- teurs, n'a pas encore reçu d'application industrielle, consiste à placer dans le convoyeur à rouleaux à la sortie du four, un ou plusieurs inducteurs à champ magnétique glissant destinés à chauffer localement les brames aux endroits des traces noires (FR A.76/35 635). Cette technique de chauffage inductif, certai- nement très élégante en soi, repose cependant sur une marche discontinue des inducteurs, ce qui impose des phases d'arrêt au défilement des brames lorsque la trace noire se trouve au- dessus des inducteurs ainsi que la présence, en amont de l'induc- teur, de moyens de détection du passage des traces noires. La présente invention a pour but de fournir une solution au problème précité, c'est-à-dire, d'assurer en tout point du produit réchauffé, une température homogène et suffisante pour l'opération de laminage, en évitant les inconvénients des solu- tions connues prémentionnées. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour l'homogénéisation en température par voie inductive de produits métalliques en défilement, notamment des brames en acier, destinés au laminage et préalablement montés en tempéra- ture dans la zone de chauffage d'un four de réchauffage présen- tant, à la suite de cette zone de chauffage, une zone d'égalisa- tion thermique, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des inducteurs statiques polyphasés à champ magnétique glissant, de forme allongée, qui sont placés dans la zone d'égalisation thermique du four de réchauffage, dans le prolongement des glis- sières de support des produits en défilement de la zone de chauf- fage, et dont la face active des inducteurs est tournée en regard des produits. Conformément à une variante, les conducteurs dont sont équipés les inducteurs sont orientés perpendiculairement à la direction de défilement des produits. Comme on le comprend, la présente invention préconise un chauffage inductif sélectif, situé dans la zone d'égalisa- tion en température du four de réchauffage, et localisé sous les parties prédéterminées du produit métallique qui constituent les traces noires. Le positionnement ainsi que la nature des moyens de chauffage choisis font du dispositif selon l'invention, un moyen de chauffage d'appoint efficace qui complète avantageusement celui qui est effectué dans la zone de chauffage proprement dite. En effet, la localisation des inducteurs dans le prolon- gement des glissières de support des produits métalliques garan- tit leur disposition permanente en regard des traces noires que l'on souhaite éliminer. En outre, le choix d'inducteurs statiques polyphasés à champ glissant de forme allongée est particulièrement appro- prié car ils permettent de générer localement des courants in- duits importants, et donc, un apport calorifique concentré et limité aux endroits du produit que l'on veut chauffer. De plus, la carte thermique d'une "trace noire" se pré- sente généralement sous la forme d'une famille d'isothermes sinusoïdales relativement profondes dans la section du métal. La répartition spatiale de la puissance induite dans le produit par un inducteur à champ glissant tend précisément à épouser un tel profil thermique. Par ailleurs, l'invention présente un intérêt économique déterminant. En effet, la demande s'oriente désormais vers des produits métalliques possédant des caractéristiques mécaniques particulières, notamment de résilience et de soudabilité, qui nécessitent une maîtrise très précise de la grosseur de grain dans le métal. Un des moyens d'obtenir de telles caractéristiques consiste à effectuer un réchauffage dit "à basse température", c'est-à-dire à défourner les produits métalliques traités à environ 950 C (au lieu de 1100 - 1200 C comme cela se fait couramment). Bien entendu, ce procédé, tout en étant énergétique- ment économique, nécessite un contrôle précis du réchauffage du produit. Le dispositif selon l'invention, qui garantit un chauffage homogène au sein du métal, permet d'envisager la faisa- bilité du réchauffage dit "à basse température". D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront au vu de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente une coupe schématique longitu- dinale d'un four poussant pour le réchauffage de brames en acier et équipé du dispositif selon l'invention; - la figure 2 est un agrandissement de la partie réfé- rencée A du four exemplifiée sur la figure 1- et pourvue du dispo- sitif selon l'invention; - la figure 3 représente une coupe transversale selon le plan XX' de la figure 2; - la figure 4 représente une variante de réalisation de l'invention selon une vue analogue à celle de la figure 3. Dans le four poussant illustré sur la figure 1, les brames 3 sont jointives par leur petite face latérale de manière à former une nappe continue qui se déplace de gauche à droite dans le sens indiqué par la flèche F, à l'aide d'une pousseuse symbolisée en 1 à l'entrée 2 du four. Les brames défilent ainsi lentement en ligne droite au travers du four depuis l'entrée 2 jusqu'à la sortie 4 o elles sont défournées une à une sur un plan incliné 5 qui les dépose sur un chemin à rouleaux de trans- port 6 en vue de leur acheminement vers l'installation de lami- nage. Le four comprend deux zones thermiques: une première zone 7 dite "de chauffage" d'une longueur de 18 m environ, dans la partie amont du four, et une seconde zone 8, dite "d'égalisa- tion" d'une longueur de 12 m environ, dans la partie aval du four. La zone de chauffage 7 est composée classiquement d'une première enceinte 7', dite de préchauffage des produits froids, suivie d'une deuxième enceinte 7" assurant le chauffage des produits préchauffés jusqu'à leur température nominale. Dans cette zone de chauffage, les brames 3 sont posées sur la bande d'usure de glissières métalliques 9 refroidies intérieurement par circulation d'eau. Ces glissières 9, espacées les unes des autres d'une distance de l'ordre de 1,5 m, fbrment un réseau parallèle orienté dans la direction de déplacement des brames 3. La zone de chauffage comporte également des brû- leurs frontaux 10 et 11 respectivement disposés dans les parties supérieures et inférieures du four. La zone d'égalisation 8 est également équipée de brûleurs frontaux 10, mais dans le but, principalement, de compenser les pertes thermiques qui se produisent par les parois du four. Les fumées produites dans le four circulent à contre- courant des brames 3 jusqu'au voisinage de la porte d'enfourne- ment ou elles sont évacuées par une cheminée 12. Comme il a été dit précédemment, le contact brame-glis- sière freine en cet endroit la montée rapide en température de la brame 3 et entraîne la formation de marques froides ou "traces noires". Dans la zone d'égalisation 8 (ou d'homogénéisation en température), les brames 3 sont posées sur une sole pleine 13 en matériau réfractaire. Celle-ci, conformément à l'invention, est équipée d'inducteurs à champ magnétique glissant de forme allongée 14. Ces inducteurs 14 sont placés dans le prolongement des glissières 9 à raison d'un inducteur par glissière, et s'étendent, dans l'exemple considéré, sur la partie terminale de la longueur de la zone d'égalisation 8. Dans cet exemple, la face active 15 des inducteurs placée en regard de la sole 13 présente une longueur de 6 m et une largeur d'environ 50 cm. En se reportant aux figures 2 et 3, on distingue l'amé- nagement réalisé dans la sole d'égalisation 13 pour la mise en place d'un inducteur 14 à champ glissant. Comme on peut le voir, l'inducteur 14 est de structure plane et comprend une culasse magnétique feuilletée 16 présen- tant sur la face active 15 des encoches parallèles régulièrement espacées 17 servant de logement à des conducteurs 18 formées de barres rectangulaires en cuivre creux pour permettre une circulation interne d'un fluide refroidissant. On a schématique- ment représenté en 19 et 19' les têtes des bobines dépassant latéralement de la culasse magnétique et repliées vers le bas pour réduire leur encombrement sous la sole 13. Les conducteurs sont reliés de façon adéquate à une alimentation électrique triphasée (non représentée) pour pro- duire un champ magnétique mobile glissant selon l'axe longitu- dinal de l'inducteur. Conformément à l'invention, ces inducteurs 14 sont mis en place sous la sole 13 dans le prolongement des glissières 9. De la sorte, les traces noires 20 générées localement dans les brames 3 au contact de ces glissières, viennent naturellement défiler au-dessus des inducteurs au cours de la progression des brames dans la zone 8 d'égalisation thermique. Dans l'exemple décrit, un insert 21 en un matériau réfrac- taire à propriétés élevées d'isolant thermique (par exemple en réfractaire fibreux à base d'alumine) a été logé dans un évidement 22 pratiqué sur la face inférieure de la sole 13 au- dessus de l'inducteur 14. Cet insert a pour rôle de renforcer la protection thermique de l'inducteur 14 à l'égard de la chaleur dégagée par la brame 3. Par ailleurs, pour augmenter le rendement de chauffage de l'inducteur 14, on peut vouloir le rapprocher de la brame 3 d'une distance inférieure à l'épaisseur de la sole 13. La figure 3 montre que ce résultat peut être obtenu aisément à l'aide d'un insert 21 servant d'empreinte à l'inducteur 14. En outre, l'action des inducteurs 14 peut être régulée de la façon habituelle, par exemple en agissant sur l'intensité du courant excitateur, ou sur sa fréquence. L'expérience a montré que, dans le cas du four décrit ci-dessus, pour "effacer" intégralement les traces noires dans des brames de 250 mm d'épaisseur et de 3,5 m de long sur 2 m de large, réchauffées à 950 C, on doit utiliser une puissance de 58 kW/inducteur quand la production du four est de 85 t/h. Par contre, il faut induire une puissance de 220 kW/ inducteur dans le cas o la production de ce four est de 160 t/h. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à l'exem- ple décrit ci-dessus. Une variante avantageuse consiste à ménager une face active bombée de l'inducteur. I Une telle disposition permet d'accuser la puissance induite au centre et de la réduire aux deux bords en raison de la variation de la distance conducteurs-brames le long de la face active 15. On pense que cette disposition peut présenter un avantage dans la mesure o la répartition spatiale de la puissance induite de chauffage dans la brame 3 tend ainsi à se rapprocher plus encore du profil thermique sinusoïdal de la "trace noire" 20. Par ailleurs, il est clair que d'autres variantes de structure de l'inducteur peuvent être envisagées pour ménager une face active bombée, en donnant, par exemple, une structure en demi-cylindre, ou en forme de secteur circulaire à l'inducteur. De même, la direction de glissement du champ magnétique peut être modifiée selon l'orientation des barres conductrices. Dans le cas d'exemples décrits ci-avant, on a utilisé une dispo- sition transversale des barres conductrices 18 (c'est-à-dire perpendiculaires à la direction de défilement des brames 3). On peut très bien opter pour une disposition longitudi- nale des barres conductrices (c'est-à-dire parallèles à la direc- tion de défilement des brames 3) de manière à procurer un champ qui glisse suivant une direction perpendiculaire à celle du déplacement de la brame 3. Une telle variante a été représentée sur la figure 4. La différence essentielle entre cette variante et la forme de réalisation décrite précédemment réside dans le fait que les barres conductrices 18' sont disposées dans des encoches longitudinales 17' parallèles cette fois à la direc- tion de défilement des brames 3 et la culasse magnétique 16' de l'inducteur 14' est feuilletée selon des plans de coupe paral- lèles au plan de la figure. De plus, en ce qui concerne la disposition des inducteurs dans la sole d'égalisation du four, il va de soi que d'autres variantes que celle décrite auparavant sont envisageables. Notam- ment, on peut songer à répartir les inducteurs à différents endroits dans la sole d'égalisation, chaque inducteur étant bien entendu disposé dans le prolongement des glissières. En outre, on comprend aisément que plus la loxgueur des inducteurs augmente, moins la puissance surfacique de chauffe de chaque inducteur doit être importante. A la limite, on peut prévoir des inducteurs qui fassent toute la longueur de la sole d'égalisation. Le dispositif selon l'invention est d'application géné- rale à tout four de réchauffage de produits métallurgiques en défilement, qu'il soit du type "poussant" ou d'un autre type. REVENDICATIONS 1) Dispositif pour l'homogénéisation en température de produits métalliques en défilement, notamment des brames (3) en acier, destinés au laminage et préalablement montés en tempé- rature dans la zone de chauffage (7) d'un four de réchauffage présentant, à la suite de ladite zone de chauffage, une zone d'égalisation thermique (8), dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des inducteurs statiques polyphasés (14) à champ magné- tique glissant, de forme allongée, et placés dans la zone d'éga- lisation thermique (8) du four de réchauffage, dans le prolon- gement des glissières (9) de support des produits en défilement (3) de la zone de chauffage (7), la face active (15) des induc- teurs (14) étant tournée en regard des produits (3). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inducteurs (14) comportent des conducteurs (18) orien- tés perpendiculairement à la direction de défilement des pro- duits (3). 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les inducteurs (14) comportent des conducteurs (18) orien- tés parallèlement à la direction de défilement des produits (3). 4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les inducteurs (14) ont une face active (15) pénétrante dans la sole d'égalisation (13) qui cons- titue le support des produits (3) dans la zone d'égalisation (8) du four. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la face active (15) des inducteurs (14) est plane. 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la face active (15) des inducteurs (14) est bombée. 7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la face active (15) des inducteurs (14) est recouverte par un matériau réfractaire bon isolant de la chaleur, ledit matériau formant un insert (21) dans la face inférieure de la sole (13) de la zone d'égalisation thermi- que (8) du four.