Brevet FR2598438A1 — publié le 19871113

Dispositif de réchauffage des produits dans des fours pits La présente invention a pour objet un dispositif de réchauffage des produits dans les fours pits. Les fours pits sont utilisés en sidérurgie pour le réchauffage à température correcte et uniforme des lingots provenant de l'aciérie, avant leur introduction dans la ligne de laminage. Ils permettent de réchauffer les lingots, à une vitesse aussi forte que possible, à une température précise qui dépend de la nature du métal et de la formule de laminage, et uniforme pour que l'écart de température entre tous les points des lingots soit faible. Ils doivent également avoir une faible consommation de calories à la tonne réchauffée, être d'une conduite facile et de construction robuste afin de diminuer les frais d'entretien. Les fours pits sont constitués par des cellules de capacité unitaire déterminée, fermées par un couvercle amovible et dans lesquelles les lingots sont chargés debout. Chaque cellule pit est généralement équipée d'un brûleur à rotation dont la longueur de flamme est réglable, d'un récupérateur performant et d'une régulation électronique. Leur exploitation est gérée à partir d'une cabine centralisée. Le chauffage se fait par rayonnement de la flamme en dehors des lingots, puis par convection des gaz brûlés le long desdits lingots. Cependant le chauffage est assuré par un seul brûleur et la régulation par un seul thermocouple placé en haut de la cellule sur le mur opposé au brûleur. De ce fait, on constate que l'hétérogénéité de température sur les produits est importante à la fin du cycle de réchauffage, de l'ordre de 800C. Cette hétérogénéité se traduit par des défauts géométriques lors du laminage des produits, défauts préjudiciables notamment à la mise au mille entre le produit fini et le produit enfourné. On constate de plus des différences de température très importantes entre les faces d'un produit enfourné à la température ambiante, lors de sa montée en température. Cet écart important en cours de réchauffage peut engendrer des défauts métallurgiques sévères. D'autre part, du fait de la différence d'inertie entre le thermocouple régulateur et la charge à chauffer, la pleine puissance du brûleur est régulée, donc diminuée, quand ce thermocouple atteint la température de consigne, alors que la charge n'a pas encore atteinte cette température. Par ailleurs, les transferts thermiques, étant globalement moins intenses dans la demi-cellule côté brûleur, cela encore plus pour les faces des produits placées côté murs, on observe une phase d'égalisation relativement longue pour obtenir une homogénéité suffisante, ce qui diminue la productivité. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif permettant d'améliorer à la fois l'homogénéité du réchauffage et la productivité en répartissant mieux les échanges thermiques au cours du chauffage. Selon l'invention, le brûleur principal est régulé par un équipement de mesure de la température du point le plus chaud des produits pendant la montée en température et la cellule est divisée en plusieurs zones comprenant chacune un équipement de chauffage complémentaire et un équipement de mesure de la température des produits dans chaque zone. Selon une autre caractéristique de l'invention, les équipements de mesure des différentes températures sont constitués par des lunettes infrarouge monochromatiques avec cellule silicium. D'autres caractéristiques de la présente invention apparattront de la description suivante, faite en relation avec un mode de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe transversale d'une cellule d'un four pit, - la figure 2 représente une vue de dessus en coupe selon la ligne A-A de la figure 1. La cellule 1 représentée sur les figures, a la forme d'une fosse rectangulaire dans laquelle on réchauffe à température correcte et uniforme, pour le dégrossissage, des lingots provenant de l'aciérie. La cellule 1 comporte un couvercle 2 à joint de sable se soulevant verticalement avant de se déplacer latéralement. Les parois de la cellule sont constituées par des briques en matériau réfractaire et isolant. Les lingots 3 sont chargés debout à l'intérieur de la cellule 1 de manière symétrique par rapport à la source chaude de façon que la montée en température se fasse en même temps pour tous. La cellule 1 est suffisamment profonde pour ménager au-dessus des lingots 3 une chambre de combustion spacieuse 4. Dans cette chambre s'épanouit la flamme d'un gros brûleur 5, par exemple à rotation et à longueur réglable de la flamme, placé dans le mur vertical d'un des petits pans du rectangle, au-dessus des lingots 3 et crachant horizontalement dans l'axe de la cellule. Un thermocouple 6 est placé en haut de la cellule sur le mur opposé au brûleur 5. Ce thermocouple, utilisé pour la protection de l'installation, est indexé à une valeur déterminée, par exemple 13400C, supérieure à la température désirée pour la charge, comprise par exemple entre 11600C et 12600C. Pour améliorer les échanges thermiques au cours du chauffage, la cellule est divisée en plusieurs zones de chauffage indépendantes. Dans l'exemple représenté, la cellule 1 est divisée en quatre zones (a, b, cy d) dans chacune desquelles sont positionnés deux lingots 3. Chaque zone (a, b, c, d) comprend un équipement de chauffage complémentaire et un équipement de mesure de la température. L'équipement de chauffage complémentaire comprend, au bas de chaque zone, deux brûleurs d'appoint (7a-8a ; 7b-8b ; 7c-8c ; 7d-8d) placés l'un en face de l'autre, c'est-à-dire un sur chacune des deux parois latérales. Ces brûleurs sont à impulsions radiales ou flamme plate afin de ne pas surchauffer les lingots 3 situés à une faible distance. L'équipement de mesure de la température au niveau de chacun de ces brûleurs d'appoint est constitué par des lunettes infra-rouge monochromatiques (9a, 9b, 9c, 9d) de spectre légèrement inférieur à 1 um avec cellule silicium.Ces lunettes sont placées le long d'une des deux parois latérales, dans l'axe même des brûleurs d'appoint (7a-8a...7d-8d) permettant une visée du type "Réflex" en plein centre de la zone d'influence desdits brûleurs. La symétrie de la répartition des lingots, étant le plus souvent respectée, on réduit ainsi le nombre de lunettes à prendre en compte, mais l'on pourrait imaginer une distribution sur les deux parois latérales de la cellule. Enfin, une lunette à infra-rouge 10 (figure 1), ayant les mêmes caractéristiques que les lunettes précédentes, est placée en haut de la cellule 1, sous le couronnement. Cette lunette 10 a une visée oblique, et mesure la température du point le plus chaud de la charge, déterminé par expérience. L'ensemble de l'installation est commandé par un automate programmalle. L'installation fonctionne de la manière suivante Les lingots 3 sont enfournés dans la cellule 1 à la température ambiante et doivent être portés le plus rapidement possible à une température "T" égale par exemple à 12600C. Le début du réchauffage s'effectue par l'intermédiaire de la régulation liée au thermocouple 6, ensuite le relais est pris automatiquement par la lunette 10 lorsque la mesure de celle-ci indique une valeur inférieure de 100C à sa valeur de consigne. Par conséquent, au début du réchauffage, le brûleur principal 5 fonctionne à plein régime. Lorsque les lunettes de mesure (9a, 9b, 9c, 9d) atteignent la température de déclenchement l't" fixée par exemple à 8000C, les brûleurs d'appoint (7a-8a...7d-8d) s'allument dans chaque zone (a,b,c,d). En pratique, l'allumage de ces brûleurs d'appoint s'effectue en cascade : la zone a opposée au brûleur principal 5 est la première à enclencher le chauffage auxiliaire, la zone d, la plus proche du brûleur 5 étant la dernière. Le même ordre est respecté lors de l'arrêt du réchauffage des zones. Au cours de l'utilisation des brûleurs d'appoint, leur fonctionnement est par exemple programmé de la façon suivante La température au droit des brûleurs d'appoint est mesurée toutes les 17 minutes par les lunettes (9a, 9b, 9c, 9d), cette mesure étant effectuée pendant un arrêt desdits brûleurs pour mesurer la température sur le produit sans perturbation. La température de lunette de zone est comparée à la valeur de consigne et les brûleurs d'appoint démarrent ou non selon la valeur de l'écart en dessous de la température de consigne. Si les bradeurs d'appoint sont remis en fonction, ils le sont pour une durée de 15 minutes pendant lesquelles la mesure de la lunette correspondante est occultée.Au bout de ces 15 minutes, on opère un nouvel arrêt de 2 minutes des brûleurs, une nouvelle mesure de la lunette est alors effectuée et ainsi de suite. La régulation est du type "Tout ou rien" pour permettre le bon fonctionnement des brûleurs d'appoint à flamme plate. De plus la régulation des brûleurs d'appoint est indépendante, si bien que lesdits brûleurs peuvent fonctionner indépendamment dans chaque zone. La lunette infra-rouge 10 visant obliquement le point le plus chaud pendant la montée en température de la charge, a pour consigne la température "T" désirée pour la charge considérée. En fin de cycle de chauffage, dès que les températures mesurées par les lunettes (9a, 9b, 9c, 9d) et par la lunette 10 atteignent la température "T" désirée pour la charge et de façon suffisamment homogène, la régulation commande l'arrêt des brûleurss d'appoint et le fonctionnement du brûleur principal 5 à un débit minimum appelé débit de fuites, car destiné à compenser seulement les pertes thermiques. Si la température de la charge diminue, la régulation peut commander la remise en fonctionnement du bru- leur principal à un débit maximum ainsi que la remise en fonctionnement des brûleurs d'appoint. Le thermocouple 6 indéxé à une température supérieure à la température "T" désirée. assure la protection de l'installation. A titre d'exemple. on compare ci-dessous les résultats obtenues entre le fonctionnement d'une installation classique comportant uniquement un brûleur principal régulé par un thermocouple et une installation modifiée selon l'invention. pour une charge composée de huit lingots de 14 t en acier allié, enfournés à la température ambiante et imposant une allure maximale à la montée en température. Installation classiaue Conditions d utilisation - puissance du brûleur principal : 16.74 10- joules 1h - Régulation par thermocouple haut de cellule indéxe à la température choisie pour la charge soit 1260-C. - Critére de défournement : débit de fuites 4.18 x 10 joules/h Résultats - Consommation spécifique : 14,63 x 1 o8 joules/t - Temps nécessaire avant possibilité de défournement : 14 h 30 - Défaut de parallélisme constaté sur rive de tôles laminées de l'ordre de 50 mn Installation modifiée Conditions d'utilisation - Puissance brûleur principal : 16,74x109 joules/h - Puissance brûleurs d'appoint 4 x 2 x 4,18 x 107 joules/h Résultats - Consommation spécifique : 12,74 x 108 joules/t - Temps avant possibilité de défournement 10 h. Parallélisme sur rives des tôles laminées. respecté. En conclusion. l'économie d'énergie est de 7 18,8 10 joules/t soit 12,8% le gain de productivité est de 31X et le temps nécessaire au réchauffage est abaissé de 4h30'. Ce dispositif permet donc d'améliorer l'homogénéité du réchauffage et par conséquent d'obtenir un parallélisme correct des rives des tôles laminées. Bien entendu l'invention n' est pas strictement limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple. mais elle couvre également les réalisations qui n'en différaient que par des détails, par des variantes d'execution ou par l'utilisation de moyens équivalents, notamment en ce qui concerne le mode de régulation et l'implantation des bruleurs d appoint. et des lunettes infra-rouge REVENDICATIONS 1. Dispositif de réchauffage de produits dans des fours pits constitués par des cellules indépendantes de capacité unitaire déterminée comprenant chacune un brûleur principal à longueur de flamme réglable régulé par un thermocouple placé en haut -de la cellule en face du brûleur principal caractérisé par le fait que le brûleur principal (5) est également régulé par un équipement de mesure (10) de la température du point le plus chaud des produits pendant la montée en température et par le fait que la cellule (1) est divisée en plusieurs zones (a,b,c,d) comprenant chacune un équipement de chauffage complémentaire (7,8) et un équipement de mesure (9) de la température des produits dans chaque zone. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les équipements de mesure (9, 10) des différentes températures sont constitués par des lunettes infra-rouge monochromatiques avec cellule silicium. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'équipement de chauffage complémentaire (7,8) est constitué par des brûleurs d'appoint (7a-8a ; 7b-8b ; ....) à flamme plate judicieusement placés dans chaque zone (a,b,c,d). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'au bas de chaque zone (a,b,c,d), deux brûleurs d'appoint (7a-8a ; 7b-8b ; ....) sont placés l'un en face de l'autre sur les parois latérales de la cellule (1). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les lunettes infra-rouge (9a, 9b, 9c, 9d) de chaque zone sont placées le long d'une des deux parois latérales de la cellule (1), dans l'axe même des brûleurs d'appoint (7-8) permettant une visée du type "reflex" en plein centre de la zone d'influence desdits brûleurs. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la lunette infra-rouge (10) mesurant le point le plus chaud de la charge est placée en haut de la cellule (1) sous le couronnement et a une visée oblique. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le fonctionnement de l'ensemble de l'installa tion est piloté par un automate programmable.