Brevet FR2711325A1 — publié le 19950428

L'invention concerne un dispositif pour le refroidissement différencié de produits formant large-plats, de préférence en acier, avec un agent de refroidissement liquide pendant leur déplacement rectiligne. Le dispositif est utilisé pour diminuer considérablement le besoin en agent réfrigérant ainsi que des manques d'homogénéité dans les propriétés du matériau et des contraintes internes dans le matériau qui peuvent se produire pendant son refroidissement. L'invention est applicable dans le domaine des entreprises métallurgiques dans lesquelles on fabrique des feuillards laminés à chaud ou des larges bandes laminées à chaud ou des produits en acier d'une géométrie similaire. De plus, l'invention est applicable de la même manière pour le refroidissement de n'importe quels produits métalliques formant large-plats avec un agent réfrigérant liquide. Des solutions techniques pour le refroidissement de produits formant large-plats, notamment en acier, pendant leur déplacement rectiligne, sont connues. A ce sujet, le brevet est-allemand 267 674 fournit un aperçu complet des systèmes établis sous les concepts du "refroidissement laminaire" et de "l'autel d'eau". Les deux variantes présentent un inconvénient important, à savoir que, du fait de la construction, un gradiant de température se produit dans la direction de la largeur du produit formant large-plat refroidi. Cependant, selon l'assortiment, des manques d'homogénéité plus ou moins importants des propriétés de matériau se présentent sur la section transversale du produit ainsi que des contraintes internes non souhaitées dans le matériau. Pour résoudre ce problème, des solutions techniques ont été proposées dans le domaine des systèmes de refroidissement laminaire qui permettent tout d'abord un échelonnement rigide (voir brevets est-allemands 267 674 et 269 798), ultérieurement un échelonnement variable de l'intensité de refroidissement dans la direction de la largeur. Cela permet certes l'obtention d'effets positifs pour uniformiser le profil de température, mais la complexité constructive croissante est une indication très claire de la 2 2711325 limite de la capacité technologique basée sur le principe de la "poutre de refroidissement laminaire". Lorsqu'on prend en considération une augmentation continue de la rentabilité des systèmes de refroidissement pour des produits formant large-plats, à part l'assurance d'une qualité élevée des produits, l'abaissement des frais de production a une importance du même ordre. Cela concerne, d'une part, la dépense constructive nécessaire pour réaliser un profil de température le plus uniforme possible dans le produit formant large-plat aussi bien dans la direction de la largeur que dans la direction longitudinale, d'autre part, les moyens de production nécessaires ainsi que la consommation d'énergie ont une importance considérable. Cela concerne l'efficacité insuffisante des systèmes de refroidissement usuels jusqu'à présent pour accorder la largeur de sollicitation résultant de la construction à la largeur effective des produits formant large-plats refroidis. En partant de cette considération, le brevet européen 0 235 décrit une variante de construction dans laquelle la sollicitation en agent réfrigérant est adaptée au produit formant large-plat à refroidir. Cependant, cette proposition visant à réaliser un dispositif de refroidissement présente des insuffisances considérables. La sortie de l'agent réfrigérant de la cuve principale a lieu dans une largeur fixée par la construction. Un réglage de la largeur de la sollicitation est réalisé par les dispositifs de récupération disposés des deux côtés qui sont réglables relativement à la largeur du produit refroidi formant large-plat et qui évacuent le flux d'eau de refroidissement non utilisé. En ce sens, le flux d'eau de refroidissement sortant de la cuve principale reste constant indépendamment de la largeur de la bande et est réglé à la largeur de sollicitation maximale. Certes, les dispositifs de récupération décrits permettent d'exclure les bords des produits formant large- plats de la sollicitation par l'agent réfrigérant, la répartition de l'agent réfrigérant lors du passage subséquent dans le dispositif conducteur aura cependant lieu de manière 3 2711325 passive. Une nouvelle répartition de l'agent réfrigérant vers le milieu du dispositif conducteur n'est pas possible. L'opinion exposée dans le brevet cité en dernier, à savoir de régler la quantité de l'agent réfrigérant sollicité par cuve principale en fonction de l'épaisseur du matériau ne reflète que d'une manière insuffisante les facteurs d'influence complexes du passage de la chaleur du produit formant large-plat à l'agent réfrigérant. La réalisation constructive du dispositif de refroidissement constitue l'insuffisance principale car celui-ci n'offre jusqu'à présent aucune possibilité pour une réalisation individuelle variable et différenciée selon le besoin du régime de refroidissement (c'est-à-dire de la sollicitation en agent réfrigérant) pendant les opérations de refroidissement des différents produits formant large-plats. Le brevet est-allemand 291 710 décrit un dispositif qui comprend une sollicitation en eau ciblée pour éviter des manques d'homogénéité lors du refroidissement des produits formant large-plats, qui va au-delà des solutions proposées jusqu'à présent, orientées exclusivement constructivement et qui permet une influence ciblée sur le refroidissement de chaque produit. La solution coûteuse du point de vue de la construction constitue un inconvénient. L'invention a pour objet la création d'un dispositif pour le refroidissement différencié de produits formant large-plats qui permette une réalisation individuelle variable et différenciée en même temps selon le besoin de l'opération de refroidissement et qui assure ainsi des différences de température plus petites entre le milieu et le bord dans la direction de la largeur du produit à refroidir. Selon l'invention, l'objet est atteint par un dispositif qui permet un refroidissement différencié de produits formant large-plats, de préférence en acier, avec un agent réfrigérant liquide pendant le déplacement rectiligne de ceux-ci qui comprend au moins une poutre de refroidissement avec un dispositif conducteur de l'agent 4 2711325 réfrigérant, la poutre de refroidissement avec le dispositif conducteur de l'agent réfrigérant étant constitué d'une cuve de répartition de section transversale de préférence rectangulaire, avec une sortie latérale en forme de fente réalisée dans la direction longitudinale pour l'agent réfrigérant et un trop plein courbé vers l'intérieur, disposé à l'arête inférieure de cette sortie à la cuve de répartition et qui se transforme en une plaque conductrice faisant saillie sur l'arête inférieure de la cuve de répartition qui est disposée perpendiculairement au produit formant large- plat à refroidir, et en ce qu'on a associé à cette plaque conductrice deux plaques de réglage ainsi qu'une plaque de pression qui forment un canal d'écoulement réglable en largeur. Selon l'invention, les deux plaques de réglage présentent à leurs extrémités supérieures, adaptées au trop plein courbé, une épaisseur de matériau plus grande que dans le corps de base de la plaque. La solution constructive nettement plus avantageuse par rapport au brevet est-allemand 291 710 présente par rapport aux systèmes de refroidissement utilisés jusqu'à présent pour le refroidissement des produits formant large-plats d'autres avantages. Le dispositif conducteur de l'agent réfrigérant constitué de la plaque conductrice, des deux plaques de réglage et de la plaque de pression entraîne la réalisation d'une surface de sollicitation en agent réfrigérant fermée étroite sur le côté supérieur du produit formant large-plat par la stabilisation du flux de l'agent réfrigérant de telle manière qu'après la sortie du dispositif conducteur de l'agent réfrigérant, il maintient le profil d'écoulement imposé, approximativement rectangulaire jusqu'à ce qu'il heurte la surface de la bande. Du fait de la surface de sollicitation fermée, il ne se produisent pas de bandes de refroidissement comme lorsqu'on utilise des systèmes de refroidissement classiques comprenant des tubulures laminaires. De telles bandes de refroidissement sont renforcées lorsque la vitesse de déplacement du produit formant large-plat à refroidir diminue, ce qui concerne particulièrement la production des larges bandes laminées à 2711325 chaud dans des installations de coulée et de laminage de brames minces. De plus, le flux de l'agent réfrigérant peut être stabilisé pour une largeur bien plus réduite de la section transversale de flux approximativement rectangulaire que dans le cas de systèmes de refroidissement à autels d'eau. Ainsi la quantité de l'agent réfrigérant sollicité par unité temporelle peut être mieux adaptée aux exigences thermodynamiques ce qui conduit à une diminution du besoin en agent réfrigérant par rapport aux dispositifs de refroidissement classiques. L'excédent en agent réfrigérant est limité. En même temps on évite un refroidissement brusque de la surface de matériau (notamment dans des systèmes de refroidissement à autel d'eau) ce qui se répercute positivement sur l'état structuel sur l'épaisseur de la bande. La quantité d'agent réfrigérant utilisée est diminuée, selon l'invention, également par le fait que la longueur de sollicitation est adaptée à la largeur du produit formant large-plat à refroidir. A part le réglage des plaques de réglage, il faut procéder à un pré-réglage en fonction de la largeur de l'amenée d'eau de la poutre de refroidissement et de poutres reliées, respectivement. Le dispositif conforme à l'invention est utilisé par ailleurs pour agir contre la formation de gradients de température dans la direction de la largeur du produit ce qui permet de réaliser plus uniformément les caractéristiques du matériau sur la section transversale et de diminuer les contraintes propres dans le matériau. On obtient cet effet en réglant la longueur de la surface de sollicitation pour les poutres de refroidissement actives pour qu'elles soient inférieures à la largeur effective du produit à refroidir. La réalisation selon l'invention de la sortie de l'agent réfrigérant de la cuve de répartition à la manière d'un trop plein fait que la quantité en agent réfrigérant amenée de manière constante se répartit respectivement sur la longueur de sollicitation réglée. A cette fin, l'extrémité supérieure courbée de la plaque de réglage est réalisée en une épaisseur de matériau plus grande 6 2711325 que le corps de base de la plaque. Il n'est donc plus nécessaire de procéder à un dosage synchrone fin de la quantité d'agent réfrigérant dans la cuve de répartition concernée de sorte qu'un préréglage de la quantité d'eau en fonction de la largeur du matériau à refroidir suffit pour le fonctionnement stable des poutres de refroidissement avec le dispositif conducteur de l'agent réfrigérant. Cela conduit à ce que les bords non sollicités du produit formant large-plat sont refroidis seulement par l'agent réfrigérant suivant un mouvement d'écoulement effluent et n'arrivant pas au point de stagnation, alors que dans la zone médiane le refroidissement est plus fort. Ainsi, l'utilisation du dispositif conforme à l'invention permet un équilibrage des différences de température sur la largeur de la bande. De plus, l'élimination par exemple de nitrure d'aluminium dans le rouleau chaud bobiné peut être rendue plus uniforme en refroidissant moins fortement les zones de bord qui refroidissent plus rapidement du feuillard laminé à chaud d'une manière ciblée. Par rapport aux systèmes de refroidissement classiques, le dispositif conforme à l'invention présente en outre l'avantage que lors d'une interruption de l'amenée de l'agent réfrigérant vers la poutre de refroidissement, l'agent réfrigérant s'écoule jusqu'à ce que l'état de remplissage dans la cuve de répartition ait atteint le niveau du trop plein. Lors du raccordement, on obtient dans le cas inverse des durées de pose très courtes jusqu'à ce que le système ait atteint sa puissance complète. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple, et dans lequel: la figure unique est une représentation de principe de la poutre de refroidissement avec le dispositif conducteur de l'agent réfrigérant, constitué d'une cuve de répartition 1 de 7 2711325 section transversale rectangulaire avec une sortie en forme de fente réalisée dans la direction longitudinale pour l'agent réfrigérant. Sur un côté frontal de la cuve de répartition 1, il est prévu une amenée d'eau de refroidissement 2. Le flux de l'agent réfrigérant est dirigé par le trop plein laminaire courbé vers l'intérieur, dans la cuve de répartition par le canal d'écoulement formé par la plaque conductrice 3, les deux plaques de réglage 4 ainsi que d'une plaque de pression 5 perpendiculairement sur la surface de la bande. L'aptitude au réglage du canal d'écoulement est assurée par les solutions constructives habituelles. Le rideau d'eau laminaire fin qui se forme est stabilisé dans son flux jusqu'à ce qu'il heurte la surface de la bande par la plaque de pression 5. On évite ainsi, en raison de la surface de sollicitation fermée, des bandes de refroidissement, et on obtient un profil de température équilibré sur la largeur de la bande. Les deux plaques de réglage 4 constituées en un matériau étanche et reliées respectivement à un dispositif de réglage sont réalisées avec une arête supérieure configurée de façon qu'elles puissent être accrochées de manière étanche à l'arête inférieure tournée vers l'intérieur de la sortie en forme de fente de la cuve de répartition 1 et qu'elles sont déplaçables le long de cette arête. Le contour de l'évidement nécessaire à cette fin dans la paroi latérale respective de la cuve de répartition 1 est dans ce cas adapté à l'arête supérieure courbée des plaques de réglage 4 de telle manière que l'eau de refroidissement ne puisse pas sortir sur les côtés. La plaque de pression 5 est fixée par des organes de retenue qui sont fixés sur le côté supérieur de la cuve de répartition 1 dans sa position. 8 2711325 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le refroidissement différencié de produits formant large-plats en utilisant un agent réfrigérant liquide pendant le déplacement rectiligne de ceux-ci, constitué d'au moins une poutre de refroidissement pourvue d'une sortie en forme de fente disposée sur le côté dans la direction longitudinale pour l'agent réfrigérant, caractérisé en ce qu'il est fixé au côté sortie de l'agent réfrigérant de la cuve de répartition (1) une plaque conductrice (3) pourvue d'un trop plein courbé vers l'intérieur qui se trouve dans une position perpendiculaire au produit formant large-plat à refroidir, et que deux plaques de réglage (4) ainsi qu'une plaque de pression (5) sont associées à cette plaque conductrice (3), qui constituent ensemble un canal d'écoulement réglable en largeur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux plaques de réglage (4) présentent à leurs extrémités supérieures adaptées au trop plein courbé de préférence une épaisseur de matériau plus grande que leur corps de base de plaque.