Brevet FR2660935A1 — publié le 19911018

La présente invention concerne un procédé de traitement d'une tôle ainsi qu'un four de traitement mettant en oeuvre ce procédé. Les tôles ainsi traitées sont destinées à des applications diverses. Ces traitements thermiques sont nécessaires notamment pour la fabrication de tôles d'acier destinées à l'emboutissage, par exemple pour la réalisation de carrosseries. Les tôles d'acier électrique (acier dopé au silicium par exemple) utilisées notamment dans les noyaux de transformateurs constituent un autre type de tôle nécessitant un traitement par recuit que le procédé de l'invention permet d'améliorer. L'invention est aussi applicable pour des tôles d'aluminium ou de métaux non ferreux. La tôle à traiter a, conformément à la technique antérieure, la forme d'une bande continue qui défile, dans une chambre de traitement thermique, entre des rouleaux définissant le trajet suivi par la bande. Les rouleaux, de forme sensiblement cylindrique, sont montés de façon à pivoter autour de leur axe sous l'action d'une commande synchronisée. Ces rouleaux ont une fonction de renvoi pour la bande qui suit alors un trajet sinueux en s'appuyant sur eux. Ce trajet sinueux permet d'obtenir une grande longueur de bande confinée dans une chambre de recuit ayant un volume relativement faible. Ce faible volume de chambre se traduit par des pertes de chaleur réduites aux parois. Cette configuration est indispensable pour les températures de recuit usuelles en métallurgie qui peuvent aller jusqu'à 900 C. Par souci de rendement, on souhaite réaliser des installations présentant un débit maximum de sorte que les vitesses de défilement des bandes de tôle sur les rouleaux sont importantes (de l'ordre de 200 mètres par minute). Pour ces vitesses élevées, il importe de surveiller attentivement le défilement de la bande. En effet, s'il se produit une légère dérive de la bande dans la direction parallèle à l'axe d'un rouleau cylindrique, cette dérive peut s'amplifier et il en résulte que la tôle subit des contraintes latérales qui risquent de provoquer des plis sur la tôle, voire d'entraîner une rupture de la tôle. La tôle peut en outre dévier jusqu'à quitter le rouleau. Dans ce cas, il en résulte une interruption de la production pendant plusieurs heures nécessaires à la réparation de l'avarie. Pour réduire ces risques, on connaît une méthode dans laquelle certains rouleaux sont adaptés pour corriger la trajectoire de la bande en cas de déviation. A cet effet, leur axe de rotation peut être orienté par des moyens appropriés pour rétablir la position de la bande. Les autres rouleaux, dont l'axe de rotation est fixe, doivent dans ces conditions présenter un profil particulier pour coopérer au processus de recentrage. Le profil préféré comprend une zone centrale cylindrique sur laquelle s'appuie la bande de tôle et, aux extrémités, deux parties légèrement tronconiques, le diamètre du rouleau aux extrémités étant inférieur au diamètre au centre. Or on constate, en cours de traitement thermique, que la température des rouleaux n'est pas homogène: la bande arrivant à une température inférieure à la température du rouleau refroidit celui-ci dans sa zone centrale. La zone centrale subit donc une dilatation thermique inférieure à la dilatation thermique des parties du rouleau qui ne sont pas en contact avec la bande et qui sont donc plus chaudes. Ainsi, le rouleau a tendance à montrer un profil contraire au profil désiré, avec un diamètre aux extrémités qui, en proportion, croît davantage sous l'effet de la température que le diamètre au centre du rouleau. Cela entraîne l'effet de forme contraire à celui désiré pour rétablir la trajectoire, ce qui augmente les risques d'incidents précités. Cet inconvénient est particulièrement sensible dans le cas du traitement de tôles en acier électrique car cet acier présente une rigidité supérieure à celle des aciers plus conventionnels destinés à l'emboutis- sage. Les documents JP-A-62-256921 et JP-A-62-256922 décrivent deux possibilités pour réduire la déformation des rouleaux apparaissant en cours de traitement thermique. Le procédé selon le JP-A-62-256921 consiste à protéger du rayonnement calorifique les extrémités du rouleau situées de part et d'autre de la bande au moyen de deux écrans de manière à diminuer leur température. Ce procédé ne contrôle pas l'échange de chaleur par conduction et ne permet qu'un réglage très approximatif de la température du rouleau. Dans le JP-A-62-256922, le rouleau est compris dans une chambre auxiliaire et la bande de tôle pénètre dans cette chambre auxiliaire et en ressort par deux fentes prévues dans sa paroi adjacente à la chambre de traitement. Du gaz de la chambre de traitement est prélevé et réinjecté dans la chambre auxiliaire après avoir été porté à la température de la bande. La chambre auxiliaire est donc maintenue à une température uniforme approximativement égale à la température de la bande. Cette méthode entraîne la régulation en température (à une température différente de la température du recuit) du volume entier de la chambre auxiliaire alors que seules les extrémités du rouleau requièrent cette régulation. Il en résulte ainsi une réduction du volume utile de la chambre de traitement d'où une diminution du rendement de l'installation. Cet inconvénient existe aussi dans la méthode décrite dans le JP-A-62-256921. Par ailleurs, un flux de chaleur parasite pénètre dans la chambre auxiliaire par les fentes prévues pour le passage de la tôle. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients ci-dessus en proposant un procédé de traitement de tôles qui permette de contrôler très précisément la température et la forme des rouleaux guidant la bande de tôle, en assurant le rendement maximum de l'installation. Le but de l'invention est également de pouvoir utiliser le procédé et l'installation pour traiter des tôles de dimensions ou de nature diverses. L'invention vise un procédé de traitement d'une tôle en forme de bande continue défilant, dans au moins une chambre de traitement thermique, entre des rouleaux définissant le trajet suivi par la bande. Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'on refroidit localement l'un au moins de ces rouleaux dans les zones situées de part et d'autre de la bande de manière suffisante pour compenser sensiblement la déformation dudit -rouleau due aux inhomogénéités de température résultant du refroidissement relatif du rouleau par le passage de la bande. Grâce au refroidissement local des zones précitées du rouleau, on peut régler de manière précise son profil de température et par suite sa forme. On réalise ainsi les corrections de la trajectoire de la bande de tôle de manière satisfaisante. Ce refroidissement est limité aux seules zones dont on veut contrôler la déformation, ce qui minimise la réduction du rendement qu'entraîne le procédé. Dans une version préférée du procédé, on envoie un gaz, tel que de l'azote, sur les zones situées sur le rouleau de part et d'autre de la bande pour refroidir lesdites zones. De cette manière, on peut agir facilement sur la régulation de la température du rouleau en jouant sur des caractéristiques physiques du gaz à injecter, comme sa température ou son débit. De manière avantageuse, ce gaz peut être prélevé au voisinage des zones à refroidir de façon à créer pratiquement un refroidissement en circuit fermé. Un four de traitement de tôle mettant en oeuvre le procédé conformément à l'invention comprend une chambre de traitement thermique qui contient des rouleaux définissant le trajet suivi par la bande continue de tôle. Ce four est caractérisé par des moyens de refroidissement local d'au moins un de ces rouleaux dans les zones situées de part et d'autre de la bande, lesdits moyens de refroidissement local fournissant un refroidissement suffisant pour compenser sensiblement la déformation dudit rouleau due aux inhomogénéités de température résultant du refroidissement relatif du rouleau par le passage de la bande. De manière avantageuse, ces moyens de refroidissement local comprennent au moins une rampe munie d'au moins un orifice par lequel un gaz, tel que de l'azote, est injecté sur le rouleau en direction de la zone à refroidir. D'autres particularités et avantages de cette invention apparaîtront dans la description ci-dessous lue conjointement aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement en coupe longitudinale une chambre de traitement thermique de tôles; - la figure 2 illustre schématiquement un procédé de traitement conforme à l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un rouleau d'un four de traitement et de son dispositif de refroidissement local, selon le plan A-A des figures 4 et 5; - la figure 4 est une vue analogue à la figure 3 prise selon le plan B-B des figures 3 et 5; - la figure 5 est une vue du dispositif de refroidissement local selon le plan C-C des figures 3 et 4; - la figure 6 montre schématiquement en plan l'un des rouleaux du four de traitement;; - les figures 7 et 8 sont des graphiques illustrant le profil de température et la forme d'un rouleau lorsqu'on opère le traitement thermique sans recourir au procédé de l'invention; - les figures 9 et 10 sont des graphiques analogues aux figures 6 et 7 lorsque le procédé de l'invention est utilisé. La figure 1 représente une chambre de traitement thermique 1 pour tôles d'acier ou analogues. La chambre 1 comporte des parois thermiquement isolantes 2. Une bande continue 3 de tôle circule dans la chambre 1 selon un trajet sinueux défini par des rouleaux 4. Les rouleaux 4 pivotent autour de leurs axes qui sont perpendiculaires au plan de la figure 1 sous l'action d'un entraînement synchronisé fourni par des moyens moteurs non représentés. Une vue en élévation d'un des rouleaux 4 est représentée schématiquement sur la figure 6. La bande de tôle 3 s'appuie sur la partie centrale 4c du rouleau, cette partie centrale 4c étant de forme cylindrique. De part et d'autre de la bande 3, les parties latérales 4a, 4b du rouleau ont une forme légèrement tronconique, le diamètre à l'extrémité du rouleau étant inférieur au diamètre de la partie centrale cylindrique 4c. Pour des raisons de clarté de cette figure 6, on a exagéré l'angle entre les génératrices du cylindre 4c et des portions coniques 4a, 4b.Dans la pratique, l'angle est généralement inférieur à 1". Le rouleau correcteur de trajectoire 4 pivote autour de son axe x-x'. Le premier et le dernier rouleaux placés sur le trajet de la bande 3 à l'intérieur de la chambre 1 sont des rouleaux 44 correcteurs de trajectoire, de forme cylindrique, dont l'axe de rotation peut être pivoté transversalement par des moyens de pivotement non représentés pour permettre une correction de la trajectoire de la tôle défilant conformément à la technique antérieure. La figure 2 donne une illustration du procédé de l'invention. Le rouleau 4 sur lequel s'appuie la bande 3 est refroidi localement dans les zones 4a, 4b situées de part et d'autre de la bande 3. A cet effet, un gaz inerte (de l'azote) est injecté sur ces zones 4a, 4b par des rampes 5 alimentées par des canalisations 7. Cet azote injecté refroidit les zones latérales 4a, 4b, se réfléchit sur ces surfaces puis est récupéré en majeure partie par un collecteur 6. Une seconde canalisation 8 réinjecte ce gaz récupéré dans le circuit de refroidissement. On régule la température et le débit de l'azote envoyé sur le rouleau 4 pour refroidir ses extrémités 4a, 4b. Deux capteurs de température 17, 18 sont placés à l'intérieur de la chambre 1. Le capteur 17 est un thermocouple qui mesure la température TC de la chambre 1, au voisinage du rouleau 4 et le capteur 18 est un pyromètre optique qui mesure la température TB de la bande 3 au voisinage du rouleau 4. Ces deux mesures TC et TB sont transmises à un processeur 19 qui en déduit la température TG et le débit DG de l'azote à injecter sur les extrémités 4a, 4b du rouleau 4. Le processeur 19 commande alors un échangeur de chaleur 10 et un régulateur de débit 11 pour qu'ils imposent à l'azote injecté les caractéristiques calculées. Un ventilateur 9 entretient la circulation d'azote dans le circuit de refroidissement 5, 6, 7, 8.Bien entendu, la température TC de la chambre 1 peut être connue par ailleurs de sorte que la mesure de la seule température TB suffit souvent au processeur 15 pour calculer les caractéristiques physiques du gaz à injecter. Le procédé ci-dessus permet, grâce au refroidissement local du rouleau 4, d'obtenir un contrôle précis du profil du rouleau 4, Quand la régulation est commandée par un processeur 19, on obtient une flexibilité d'utilisation maximum car on peut programmer ce processeur pour qu'il effectue la régulation dans des conditions bien déterminées. L'efficacité du procédé est illustrée par les graphiques des figures 7 à 10. Ces graphiques sont obtenus par simulation sur ordinateur de la répartition de température sur le rouleau 4 et de son profil lors d'un recuit d'une tôle d'acier dans le cas d'un rouleau 4 ayant la forme représentée schématiquement sur la figure 6. Ces graphiques sont obtenus par le calcul pour les conditions suivantes: - nature de l'acier: acier dit électrique - température de la tôle: 3880C - largeur de la tôle: 1422 mm - température du four: 850 C Les graphiques 7 et 9 sont les résultats d'un programme donnant les températures sur la génératrice du rouleau 4. Les graphiques 8 et 10 sont les résultats d'un programme de calcul par éléments finis intégrant la courbe de température sur la génératrice. Sur les figures 7 et 8 où on simule un recuit dans lequel le procédé de l'invention n'est pas appli qué, on constate une différence de température superieure à 250 C entre la partie centrale 4c et l'extrémité du rouleau 4 qui se traduit par une dilatation excessive de la zone latérale 4a, 4b (voir figure 8). En revanche, lorsque le procédé est appliqué (figures 9 et 10), l'écart de température reste inférieur à 30"C de sorte que la déformation relative du rouleau est négligeable et on observe bien les parties tronconiques 4a, 4b désirées (voir figure 10). Le dispositif de refroidissement local est illustré avec davantage de détails sur les figures 3 à 5. Ces trois figures sont des vues en coupe d'un rouleau 4 et de ses circuits de refroidissement 5, 6, 7, 8 prises selon trois plans perpendiculaires respectivement A-A, B-B et C-C pour les figures 3, 4 et 5. Sur la figure 5, le rouleau 4 n'est pas représenté pour préserver la clarté du dessin. Pour chaque partie latérale 4a, 4b, les moyens de refroidissement local comprennent cinq rampes 5 d'injection d'azote rectilignes, cylindriques et sensiblement alignées sur l'axe y-y' du rouleau 4. Chaque rampe 5 présente des orifices 20 débouchant vers le rouleau 4, ces orifices 20 ayant une forme allongée paral lèlement à la direction des rampes 5. Les cinq rampes 5 sont disposées parallèlement entre elles, à intervalles réguliers sur une portion du périmètre du rouleau 4. Les orifices 20 en forme de fente sont décalés les uns par rapport aux autres entre deux rampes 5 voisines, comme on le voit sur la figure 5, de façon que la répartition de l'azote injecté soit homogène sur la zone refroidie 4a, 4b du rouleau 4 lorsque celui-ci est en rotation. Les rampes 5 sont alimentées par un conduit d'admission 7 qui débouche dans un compartiment 12 où le gaz se répartit entre les cinq rampes voisines. Le gaz injecté est récupéré, après réflexion sur le rouleau 4, par un collecteur 6 prévu pour laisser s'échapper le minimum de gaz de refroidissement vers la chambre de traitement thermique 1. Le collecteur 6 consiste en un compartiment ouvert du côté du rouleau 4. Un conduit de récupération 8 débouche dans ce collecteur 6 pour réinjecter le gaz récupéré dans le circuit de refroidissement. Les rampes 5 sont comprises à l'intérieur du collecteur 6 et la récupération de l'azote s'effectue par les espaces libres compris entre ces rampes 5. Le four de traitement ci-dessus-met-en oeuvre le procédé décrit plus haut et en fournit donc les avantages. Une régulation de la température TG, du débit DG ou d'une autre caractéristique physique du gaz injecté est possible par mesure de la température TB de la bande 3 près du rouleau 4 puis calcul de ces caractéristiques par un processeur 19 qui commande un échangeur de chaleur 10 et un régulateur de débit 11. Le dispositif décrit permet donc un contrôle précis de la forme des rouleaux 4. La correction de trajectoire est donc réalisée de manière efficace et avec la plus grande sécurité , notamment dans le cas de tôles d'acier électrique dont la rigidité est généralement supérieure aux rigidités des tôles d'acier traditionnel. Le dispositif de refroidissement local évite que des efforts latéraux indésirables s'exercent sur les bords de la bande de tôle 3 à cause de la déformation du rouleau 4 due aux inhomogénéités de température résultant du refroidissement relatif du rouleau 4 par le passage de la bande 3, ce qui peut causer l'éjection de la bande 3 hors du rouleau 4. En outre, l'invention permettant d'éviter que le rouleau 4 subisse des déformations inhomogènes, il en résulte une longévité accrue de ces rouleaux qui peuvent être utilisés beaucoup plus longtemps que les rouleaux des fours de la technique antérieure. Dans une version avantageuse du four de traitement conforme à l'invention, les dispositifs de refroidissement local 5, 6, 7, 8 sont montés dans la chambre 1 de manière à pouvoir coulisser parallèlement à l'axe de rotation y-y' du rouleau 4. A cet effet, on peut prévoir, par exemple, de monter ces dispositifs sur des rails parallèles à cet axe y-y' et de munir les conduits 7, 8 de soufflets ou de portions flexibles de façon à permettre la translation du dispositif 5, 6, 7, 8 le long de ces rails. On peut ainsi utiliser le four pour traiter des tôles d'acier sous forme de bande de largeurs diverses en gardant un refroidissement optimal pour maintenir le profil des rouleaux 4. Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, les dispositifs de refroidissement local 5, 6, 7, 8 de plusieurs rouleaux 4 voisins sont montés en parallèle sur un circuit de refroidissement unique comportant un ventilateur 9, un échangeur de chaleur 10 et un régulateur de débit 11. I1 va de soi que les exemples décrits en référence aux figures ne sont pas limitatifs et que de nombreuses variantes peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'une tôle en forme de bande continue (3) défilant, dans au moins une chambre de traitement thermique (1), entre des rouleaux (4) définissant le trajet suivi par la bande (3), caractérisé en ce qu'on refroidit localement l'un au moins de ces rouleaux (4) dans les zones (4a, 4b) situées de part et d'autre de la bande (3) de manière suffisante pour compenser sensiblement la déformation dudit rouleau (4) due aux inhomogénéités de température résultant du refroidissement relatif du rouleau (4) par le passage de la bande (3). 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'on envoie un gaz sur les zones (4a, 4b) situées sur le rouleau (4) de part et d'autre de la bande (3) pour refroidir lesdites zones (4a, 4b). 3. Procédé conforme à la revendication 2, caractérisé en ce qu'on prélève ledit gaz dans la chambre de traitement thermique (1) au voisinage des zones (4a, 4b) du rouleau (4) situées de part et d'autre de la bande (3). 4. Procédé conforme à la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit gaz a une forte teneur en azote. 5. Procédé conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par les étapes suivantes: A. on mesure la température (TB) de la bande (3) au voisinage du rouleau refroidi (4); B. on calcule les caractéristiques physiques (TG, DG) désirées du gaz à injecter à partir de la température (TB) mesurée à l'étape A; et C. on commande des dispositifs de régulation (10, 11) de ces caractéristiques physiques (TG, DG) pour obtenir le refroidissement désiré du rouleau (4). 6. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les caractéristiques physiques (TG, DG) calculées à l'étape B et réglées à l'étape C comprennent la température (TG) du gaz à injecter. 7. Procédé conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que les caractéristiques physiques (TG, DG) calculées à l'étape B et réglées à l'étape C comprennent le débit (DG) du gaz à injecter. 8. Four de traitement de tôles défilant, sous forme de bande continue (3), dans au moins une chambre de traitement thermique (1) entre des rouleaux (4) définissant le trajet suivi par la bande (3), caractérisé par des moyens de refroidissement local (5, 6, 7, 8) d'au moins un de ces rouleaux (4,) dans les zones (4a, 4b) situées de part et d'autre de la bande (3), lesdits moyens de refroidissement local (5, 6, 7, 8) fournissant un refroidissement suffisant pour compenser sensiblement la déformation dudit rouleau (4) due aux inhomogénéités de température résultant du refroidissement relatif du rouleau (4) par le passage de la bande (3). 9. Four de traitement conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement local (5, 6, 7, 8) des rouleaux (4) comprennent au moins une rampe (5) munie d'au moins un orifice (20) par lequel un gaz est injecté sur le rouleau (4), en direction de la zone à refroidir. 10. Four de traitement conforme à la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement local (5, 6, 7, 8) comprennent un collecteur (6) qui prélève le gaz destiné à être injecté au voisinage des zones (4a, 4b) du rouleau (4) situées de part et d'autre de la bande (3). 11. Four de traitement conforme à la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que ledit gaz a une forte teneur en azote. 12. Four de traitement conforme à l'une des revendications 9 à llj caractérisé en ce que les rampes (5) d'injection de gaz ont une forme sensiblement rectiligne et sont disposées de manière sensiblement parallèle à l'axe de rotation du rouleau (4), les orifices (20) pratiqués sur ces rampes (5) débouchant en direction du rouleau (4). 13. Four de traitement conforme à l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que les rampes (5) d'injection de gaz sont montées dans la chambre de traitement thermique (1) de façon à pouvoir coulisser dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation de rouleaux (4). 14. Four de traitement conforme à l'une des revendications 9 à 13, caractérisé par au moins un capteur de température (18) mesurant la température (TB) de la bande (3) défilant. 15. Four de traitement conforme à la revendication 14, caractérisé par un processeur (19) qui, en fonction de la température (TB) de la bande mesurée par le capteur de température (18), calcule des caractéristiques physiques (TG, DG) du gaz à injecter. 16. Four de traitement conforme à l'une des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement local (5, 6, 7, 8) comprennent un échangeur de chaleur (10) dans lequel passe le gaz à injecter pour régler sa température (TG). 17. Four de traitement conforme à la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que la température (TG) imposée au gaz par l'échangeur de chaleur (10) est commandée par le processeur (19) après le calcul de ladite température (TG). 18. Four de traitement conforme à l'une des revendications 9 à 17, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement local (5, 6, 7, 8) comprennent un régulateur de débit (11) dans lequel passe le gaz à injecter pour régler son débit (DG). 19. Four de traitement conforme à la revendication 15 ou 18, caractérisé en ce que le débit (DG) imposé au gaz par le régulateur de débit (11) est commandé par le processeur (19) après le calcul dudit débit (DG). 20. Four de traitement conforme à l'une des revendications 10 à 19, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement local (5, 6, 7, 8) correspondant à plusieurs rouleaux (4) différents sont regroupés en parallèle pour former un circuit de refroidissement.