Brevet FR2802552A1 — publié le 20010622

La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux chambres de refroidissement rapide de lignes de traitement thermique de bandes métalliques. Elle se propose plus particulièrement de réduire la formation de plis qui se forment sur des bandes métalliques soumises à un refroidissement dans des lignes continues de traitement thermique, dans lesquelles lesdites bandes sont amenées à traverser des zones de refroidissement munies de moyens de soufflage d'un gaz de refroidissement. Afin de bien situer le domaine technique auquel s'applique la présente invention, on se réfère en premier lieu à la figure 1 qui représente de façon schématique, en perspective et arrachement partiel la zone de refroidissement d'une bande métallique dans une ligne de traitement thermique. Sur cette figure 1 on voit que la bande 1 traverse la zone de refroidissement rapide 2 en passant sur un rouleau d'entrée 3 et un rouleau de sortie 10. Durant la traversée de la zone 2, la bande 1 est exposée à des jets de gaz de refroidissement soufflés par un certain nombre de paires de caissons tels que 4 et 5 et 6 et 7, munis chacun de moyens de soufflage, chaque caisson étant positionné de part et d'autre de la bande. Les caissons de refroidissement tels que 4 et 5 et 6 et 7, présentent une longueur limitée de façon à permettre I'implantation d'un ou de plusieurs rouleaux ou paires de rouleaux stabilisateurs tels que les rouleaux 8 et 9, entre deux caissons consécutifs tels que 4 et 6 et 5 et 7, respectivement, ces rouleaux bien connus étant destinés à guider et à stabiliser la bande 1. Le soufflage du gaz de refroidissement sur la bande est assuré par tous moyens classiques tels que ceux décrits notamment dans US -A-3 068 586. Sur le graphique illustré par la figure 1A, associée à la figure 1, on a représenté l'intensité j du refroidissement subi par la bande 1 durant sa traversée de la zone 2. Lors de son entrée entre les premiers caissons de refroidissement 4 et 5, la bande est exposée brutalement à un flux de refroidissement important dont l'intensité reste constante sur toute la longueur du caisson de refroidissement, puis cette intensité décroît brutalement à la sortie desdits caissons. Cette variation de l'intensité du refroidissement subi par la bande se renouvelle lors de son passage entre chaque paire suivante de caissons de 2 2802552 refroidissement disposés sur toute la longueur de la zone 2 ainsi qu'on le voit clairement sur la figure 1A. L'intensité du refroidissement de la bande sur la longueur d'un caisson dépend de la température du gaz de refroidissement soufflé, des caractéristiques géométriques des orifices de soufflage des caissons et de la distance de ces orifices par rapport à la bande. L'augmentation des performances des lignes de traitement thermique ou de revêtement de bandes s'est matérialisée par la mise en oeuvre de cycles de refroidissement rapides ou comprenant une succession de pentes de refroidissement plus ou moins rapides qui nécessitent la mise en oeuvre de débits très importants de gaz de refroidissement. Sur la figure 2 des dessins annexés on a illustré un tel type de cycle de refroidissement pour lequel, par exemple, la bande est refroidie selon les pentes A-B, C-D et E-F, l'une au moins de ces pentes étant supérieure aux pentes de refroidissement caractéristiques de l'état antérieur de l'art. Sur la figure 2 les tronçons B-C et D-E correspondent aux discontinuités du refroidissement liées aux interruptions des caissons de soufflage pour la mise en place des rouleaux stabilisateurs tels que les rouleaux 8 et 9 représentés sur la figure 1. Cette augmentation des pentes de refroidissement a entrainé l'apparition d'un problème critique dans ce type de zone de refroidissement: la formation de plis sur la bande qui entrainent la dégradation de la qualité du produit. La présente invention s'est fixée comme objectif de résoudre ce problème en apportant une solution qui permet de limiter la formation des plis dans la bande en cours de refroidissement rapide tout en conservant la vitesse nominale de la bande dans sa traversée de la zone de refroidissement rapide, c'est-a-dire, sans perte de production. On exposera maintenant de façon détaillée le problème technique posé par les solutions selon l'état antérieur de l'art et qui est résolu par la présente invention. Le refroidissement de la bande sous l'effet des jets de gaz soufflés par les caissons de refroidissement provoque une contraction du matériau de la bande suivant des directions parallèles et perpendiculaires à la direction de défilement de la bande. La contraction suivant la direction de défilement de la bande est 3 2802552 compensée par le dispositif de contrôle de traction de bande dont est munie la zone de refroidissement ou la ligne dans laquelle cette zone de refroidissement est intégrée. La contraction s'effectuant selon la direction perpendiculaire au défilement de la bande génère des forces de compression au sein du matériau qui sont dirigées vers l'axe de la bande. Sur toute la longueur du caisson de soufflage, I'intensité du flux de refroidissement de la bande est constante et il n'existe pas de différence importante entre les forces de compression existant dans une section de la bande et celle qui la précède dans la direction de défilement de cette bande. Lors d'une variation rapide de l'intensité du refroidissement, les forces de compression dans une section de la bande peuvent être supérieures à celles qui existent dans la section qui la précède et qui subit un refroidissement de moindre intensité. Cette différence est d'autant plus importante que la variation de pente de refroidissement entre ces deux sections est grande, comme c'est le cas par exemple à l'entrée ou à la sortie d'une paire de caissons de refroidissement. Sur la figure 3 des dessins annexés on a représenté les résultats de la modélisation par le calcul des contraintes thermomécaniques qui apparaissent dans le matériau de la bande lors des différentes étapes de refroidissement de cette bande opéré suivant le cycle illustré par la figure 2. Cette figure 3 illustre le phénomène décrit précédemment et montre l'évolution des températures sur la longueur L de la zone de refroidissement ainsi que les contraintes résultantes dans le matériau. La courbe C1 montre l'évolution théorique de la bande durant sa traversée de la zone de refroidissement, la courbe C2 montre l'évolution réelle de cette température avec les singularités dues à la discontinuité du refroidissement liée aux contraintes de construction de la zone de refroidissement et la courbe C3 montre l'évolution de la contrainte dans le matériau de la bande sur la longueur de la zone de refroidissement. On remarquera sur la courbe C2, pour chaque variation de la pente de refroidissement, si petite soit-elle, I'apparition d'un pic de contrainte important dans le matériau. Dès que la pente de refroidissement se stabilise, la contrainte diminue, éventuellement elle s'inverse pour réapparaître à la prochaine 4 2802552 modification de la pente de refroidissement. On voit également que pour chaque modification de la pente de refroidissement sur C2, il apparaît un pic correspondant de contrainte sur la courbe C3. L'importance de ce pic de contrainte dépend de la température de la bande et de la variation de pente du refroidissement, c'est-à-dire de la variation de vitesse de refroidissement au point de la courbe C2 ou au point correspondant au moment o la bande pénètre ou quitte la zone de refroidissement correspondant à une paire de caissons de refroidissement tels que 4 et 5 sur la figure 1. Les contraintes perpendiculaires à l'axe de la bande génèrent des forces de compression dont l'intensité peut créer des plis dans la bande. Ces plis peuvent prendre des formes variées, ils peuvent être continus sur la longueur de la bande ou discontinus, ils peuvent être parallèles à l'axe de la bande ou serpenter sur sa largeur. Ils peuvent être uniques ou se développer suivant la forme de plusieurs plis parallèles continus, discontinus, linéaires ou selon une courbe régulière ou non. Afin de résoudre le problème résultant de la formation de ces plis, la présente invention apporte un procédé qui est essentiellement caractérisé en ce qu'il consiste à modifier progressivement l'intensité du refroidissement à chaque variation de la pente du cycle de refroidissement, de façon à limiter le pic de contrainte correspondant dans le matériau et de réduire ou supprimer les forces de compression perpendiculaires à la direction de défilement de la bande, qui apparaissent en cet endroit entre deux sections consécutives de la bande en provoquant des plis dans cette dernière. Le procédé selon l'invention est illustré par la figure 4A, associée à la figure 4 qui représente partiellement une zone de refroidissement rapide 2 de la bande 1, selon une vue similaire à la figure 1. Cette figure 4A montre les modifications de l'efficacité du refroidissement de la bande obtenues par la mise en oeuvre du procédé, en entrée et en sortie des caissons de refroidissement 4 et 5. Il est évident pour l'homme du métier que le procédé objet de la présente invention peut être mis en oeuvre en tout point de la zone de refroidissement o se produit une variation de pente de refroidissement dans le cycle de refroidissement de la bande. 2802552 Le procédé objet de l'invention améliore la qualité du produit fini étant donné que le traitement thermique effectué sur le matériau de la bande ne lui a pas fait subir une contraction susceptible d'induire en son sein une contrainte incompatible avec ses caractéristiques mécaniques à la température considérée. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre par tous moyens appropriés permettant de limiter les variations brusques de pente de refroidissement ou d'assurer un changement progressif du refroidissement entre le rouleau d'entrée 3 et les premiers caissons 4 et 5, entre deux caissons consécutifs, entre les caissons de sortie et le rouleau 10, ou en tout point de l'installation o se produit une variation de la pente de refroidissement. On a décrit ci-après en référence aux figures 5 à 10 divers exemples de réalisation, non limitatifs de moyens mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. Ces figures représentent de façon schématique le début d'une zone de refroidissement 2 avec ses premiers caissons 4 et 5 entre lesquels la bande 1 à refroidir est soumise à l'action des jets de gaz de refroidissement soufflés par les moyens de soufflage prévus sur les caissons. Dans le mode de réalisation illustré par la figure 5, les caissons 4 et 5 sont munis de moyens de soufflage classiques constitués de tubes ou de buses tels que 11 disposés sur toute la surface des caissons en regard de la bande 1. Les caissons 4 et 5 sont munis de moyens de soufflage 11 dont les premiers, dans le sens de défilement de la bande, présentent une distance orifice de soufflage- bande qui est plus importante que ceux qui sont situés sur la longueur courante des caissons de façon à en réduire l'efficacité. Comme on l'a représenté sur la figure 5 la distance entre l'orifice de soufflage et la bande peut être progressivement réduite jusqu'à la valeur courante sur toute la longueur du caisson de façon à obtenir un refroidissement progressif de la bande conforme à l'effet recherché. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 6, les caissons de refroidissement 4 et 5 sont munis de moyens de soufflage 11, dont les premiers dans le sens d'avancement de la bande sont disposés avec un pas ou une maille plus important que ceux situés sur la longueur courante des caissons afin d'obtenir un refroidissement progressif de la bande. La progressivité de l'efficacité du refroidissement de la bande peut être obtenue également en faisant varier la pression d'alimentation des orifices de soufflage 11 des caissons 4 et 5, situés à proximité d'un point de variation de la pente de refroidissement. Dans le mode d'exécution illustré par la figure 7, cette variation de la pression d'alimentation des orifices de soufflage 11 est réalisée à l'aide d'un fractionnement des caissons de soufflage 4 et 5 de manière que leur partie d'entrée respective soit alimentée de façon indépendante par des distributeurs 14 et 15 à une pression plus faible que la pression d'alimentation des autres parties respectives de ces caissons qui sont alimentées par des distributeurs 16 et 17. Selon l'invention, la modification de la pression d'alimentation des différentes zones de soufflage d'un même caisson peut s'effectuer, de façon variable, à l'aide de moyens extérieurs à la zone, ces moyens étant commandés par le dispositif de contrôle de l'équipement et ceci en tout point o est réalisée la variation de l'intensité du refroidissement. On peut obtenir un effet technique comparable en réduisant la section des orifices de soufflage 11 sur la partie des caissons sur laquelle on recherche la progressivité du refroidissement. Une telle solution est illustrée par la figure 8 sur laquelle on voit que, pour un pas ou une maille constante, la réduction de la section des orifices de soufflage 11 est progressive dans le sens de défilement de la bande jusqu'à ce que ces orifices de soufflage atteignent la valeur nominale de l'ensemble du caisson. Sur la figure 9 on a représenté un autre exemple de réalisation de l'invention. Dans cette variante on prévoit des déflecteurs tels que 12 qui sont implantés de part et d'autre de la bande ainsi que sur les faces latérales des caissons 4 et 5, au voisinage du point o s'effectue la modification de la pente de refroidissement. Ces déflecteurs 12 obligent le gaz de refroidissement issu des orifices de soufflage 11 à cheminer parallèlement à la bande (flèche 13), dans une direction opposée à son déplacement. On canalise ainsi le gaz de refroidissement entre les déflecteurs et la bande. Grâce à cette disposition la température du gaz de refroidissement s'élève produisant ainsi la progressivité du refroidissement recherchée sur la longueur des déflecteurs 12. 7 2802552 Sur la figure 10 on a représenté encore une autre variante du dispositif selon l'invention destinée à limiter la discontinuité du refroidissement entre deux paires de caissons consécutifs 4,5 et 6,7 entre lesquels sont positionnés des rouleaux stabilisateurs 8 et 9. Dans cette variante, les orifices de soufflage 11 sont implantés sur les caissons 5 et 6 sur la plus grande distance possible afin de limiter la longueur de bande non soumise au refroidissement. Grâce à cette disposition on obtient la progressivité de refroidissement recherchée. L'expérimentation de l'invention sur des installations industrielles a montré que l'action des différents moyens décrits ci-dessus pouvait être complétée par I'introduction d'une différence de tension entre les bords et le centre de la bande. Cette différence de tension peut être obtenue par des moyens thermiques ou mécaniques, par exemple par un profil approprié des rouleaux d'entrée 3 et de sortie 10. Cette différence de tension génère une déformation de la bande et de sa planéité permettant ainsi de limiter les effets des forces de compression apparaissant lors d'une variation de la pente de refroidissement. On comprend que les moyens, qui, selon l'invention, permettent de modifier progressivement l'intensité du refroidissement de la bande à chaque variation de la pente de refroidissement, peuvent être implantés sur chaque zone des caissons o s'effectue cette variation de pente de manière à obtenir la progressivité du refroidissement, en entrée ou en sortie de caisson ou en tout point intermédiaire de ce caisson. Chacun des moyens décrits ci-dessus peut être mis en oeuvre isolément ou en combinaison. Il demeure bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et/ou représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes. C'est ainsi que la présente invention englobe tout dispositif permettant d'obtenir une progressivité du refroidissement de la bande en tout point de variation de sa pente de refroidissement. 8 2802552 REVENDICATIONS 1 - Procédé de réduction de la formation de plis sur des bandes métalliques soumises à un refroidissement dans des lignes continues de traitement thermique dans lesquelles lesdites bandes sont amenées à traverser des zones de refroidissement comportant des caissons munis de moyens de soufflage d'un gaz de refroidissement caractérisé en ce qu'il consiste à modifier progressivement l'intensité du refroidissement à chaque variation de la pente du cycle de refroidissement. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification progressive de l'intensité du refroidissement est obtenue en réglant la capacité de refroidissement à la jonction entre deux caissons de refroidissement consécutifs. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification progressive de l'intensité du refroidissement est obtenue en réglant la capacité de refroidissement entre le rouleau d'entrée de la zone de refroidissement et le premier caisson de refroidissement de cette dernière. 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la modification progressive de l'intensité du refroidissement est obtenue en réglant la capacité de refroidissement entre le dernier caisson de refroidissement et le rouleau de sortie de la zone de refroidissement. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on modifie progressivement l'intensité du refroidissement entre deux ou plusieurs zones de soufflage d'un même caisson en faisant varier la pression d'alimentation en gaz de refroidissement. 6 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, qui comprend une zone de refroidissement (2) traversée par la bande (1) en passant sur un rouleau d'entrée (3) et un rouleau de sortie (10), ladite bande étant exposée à des jets de gaz de refroidissement soufflés par une pluralité de paires de caissons (4,5; 6,7), chaque caisson étant situé de part et d'autre de la bande, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens produisant un refroidissement progressif de la bande (1) lors de chaque variation de la pente du cycle de refroidissement, ces moyens étant prévus à la jonction entre deux paires de caissons de refroidissement successifs, entre le rouleau d'entrée (3) et la 9 2802552 première paire de caisson (4,5) de refroidissement et entre la dernière paire de caissons et le rouleau de sortie (10). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens assurent une modification de la pression d'alimentation des différentes zones de soufflage d'un même caisson, de façon variable, par des moyens extérieurs à la zone et pouvant être commandés par le dispositif de contrôle de l'équipement. 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la distance séparant la bande (1) des orifices de soufflage (11) des caissons est variable, cette variation pouvant être progressive. 9 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on fait varier la distance entre les orifices de soufflage (11) des caissons, cette variation pouvant être progressive. - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on fait varier la dimension de la maille des orifices de soufflage (11) des caissons, cette variation pouvant être progressive. 11 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on ajuste les dimensions des orifices de soufflage des différentes zones d'un même caisson pour régler la capacité de refroidissement entre lesdites zones. 12 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des déflecteurs (12) implantés de part et d'autre de la bande (1) et/ou sur les faces latérales desdits caissons du voisinage du point o s'effectue la modification de la pente de refroidissement, afin de canaliser le gaz de refroidissement entre lesdits déflecteurs et la bande pour assurer un réchauffage progressif du gaz et réduire l'efficacité du refroidissement sur la longueur desdits déflecteurs. 13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 12 caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour créer une différence de tension entre les bords et le centre de la bande (1) générant une déformation de la bande et de sa planeité en limitant ainsi les effets des faces de compression apparaissant lors d'une variation de la pente de refroidissement. 14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens sont des moyens techniques. - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens sont des moyens mécaniques, notamment un profil approprié des rouleaux d'entrée (3) et de sortie (10).