Brevet FR2903121A1 — publié le 20080104

La présente invention est relative à une installation de traitement thermique en continu, destinée au recuit brillant d'une bande d'acier inoxydable. Par acier inoxydable, on désigne plus particulièrement les 5 séries de 200, 300 et 400 de la norme américaine AISI. Le recuit brillant permet d'obtenir un état de surface de haute qualité, à faible grain, qualifié BA. Cet état de surface est obtenu lors du laminage précédent l'étape de recuit, cette dernière étape permettant uniquement de le révéler sans le détériorer. 10 Pour ce faire, le recuit brillant est réalisé dans un four à chambre fermée et sous une atmosphère contrôlée non oxydante, afin d'éviter la formation d'oxyde sur la bande. L'atmosphère est composée d'un mélange d'hydrogène et d'azote avec une proportion maximale d'azote à 25 %, voire même d'hydrogène pur. 15 De plus, afin de ne pas détériorer et marquer la bande, cette dernière ne doit pas être touchée lorsque la température locale de la bande excède 250 C. Généralement, la bande n'est touchée qu'à partir de 150 C. Le recuit brillant est traditionnellement réalisé à l'aide d'un four à résistance électrique, d'un four au gaz à moufle, ou encore d'un four hybride 20 combinant les deux technologies. Actuellement, les lignes en fonctionnement sont de petites unités à faible capacité, dont la production annuelle est généralement inférieure à 100.000 tonnes. En comparaison, l'alternative est une installation de recuit décapage par agent chimique dont la capacité de production annuelle est 25 comprise généralement entre 180.000 tonnes et 230.000 tonnes. L'état de surface des aciers issus de recuit-décapage est néanmoins de qualité inférieure, du fait de l'utilisation d'agents chimiques, notamment d'acides, utilisés pour enlever la couche de calamine résultant de l'oxydation de la bande dans le four. 30 Les aciers issus du recuit brillant sont toutefois considérés comme de la sur-qualité pour les applications courantes, et représentent 2903121 2 uniquement un marché de niche. Ces aciers trouvent, par exemple, une utilisation dans l'électronique pour la réalisation de soudures de précision. Aujourd'hui, on connaît également des fours à atmosphère contrôlée, comportant une section de chauffage rapide par induction à flux transverse et une section de refroidissement rapide au gaz. Ces technologies récentes peuvent être utilisée pour le recuit brillant. La technique de chauffage par induction transverse permet d'élever la température de la bande d'acier inoxydable, notamment jusqu'à 1.200 C et selon un gradient de température supérieur à 100 C/sec. La technique de refroidissement rapide permet en soufflant un mélange refroidi d'azote et d'hydrogène, de faire chuter la température de la bande selon un gradient de température égale ou supérieure à 100 C/sec. Ces nouvelles technologies permettraient théoriquement d'augmenter la vitesse de défilement de la bande des installations de recuit brillant bien au-delà de 100 m/min et ainsi d'augmenter leur capacité. Pour autant, il n'existe pas encore d'installation de recuit brillant aussi performante car de telles vitesses de défilement de bande sont à l'origine de nouveaux obstacles et notamment : - des problèmes de sécurité avec le risque de formation d'un 20 mélange explosif par infiltration d'air, notamment d'oxygène dans la chambre à teneur en hydrogène, - des problèmes de conduite de bande avec des efforts de traction sur la bande supérieurs à l'origine de la rupture du brin métallique, plus particulièrement au niveau du point chaud dans le four. 25 Les problèmes de sécurité sont liés à l'inertie thermique du système de refroidissement rapide par rapport à l'inertie thermique du système de chauffage rapide. Lors du fonctionnement normal de la ligne, et pour une vitesse de bande élevée, notamment supérieure à 100 m/min, les moto-ventilateurs du système de refroidissement rapide soufflent, à très grand débit, 30 un mélange gazeux sur la bande composé d'azote et d'hydrogène, refroidi par échangeur thermique à eau. 2903121 3 Lors d'un arrêt brutal de la ligne, par exemple, en cas de rupture de bande, le système de chauffage rapide par induction transverse peut être arrêté quasi instantanément alors que le système de refroidissement rapide, du fait de l'inertie mécanique des organes tournants qui le constituent, 5 continue à souffler le mélange gazeux refroidi dans la chambre. La température interne de la chambre en est ainsi fortement abaissée et il en résulte une contraction de l'atmosphère interne. La chambre à atmosphère contrôlée est pourvue de dispositifs d'entrée et de sortie de bandes sensés assurer l'étanchéité entre les deux atmosphères hydrogène et 10 air pour des différences de pression relatives limitées. Toutefois, en cas d'arrêt brutal de la bande, les différences de pression entre les deux atmosphères excèdent largement les limites de fonctionnement de ces dispositifs qui ne peuvent empêcher une infiltration d'air atmosphérique extérieure, notamment composé d'oxygène vers l'atmosphère à 15 teneur en hydrogène. En outre, l'intensité de la dépression interne est accentuée dans les fours de recuit brillant dont la chambre à atmosphère contrôlée est de volume inférieur à celui de la chambre d'un four, par exemple, utilisé pour la galvanisation, ne pouvant assurer le rôle de volume tampon. Les problèmes de conduite de bande sont liés aux impératifs des fours à recuit brillant qui doivent permettre d'obtenir une haute qualité d'état de surface, notamment de qualité BA selon la norme américaine AISI. Comme précédemment expliqué, cette qualité de surface est obtenue lors du laminage précédent l'étape de recuit brillant, cette dernière permettant uniquement de la révéler. Il est donc impératif de ne pas détériorer l'état de surface après cette étape de laminage et notamment : - d'éviter tout glissement relatif entre la bande et les rouleaux de conduite afin de ne pas rayer ladite bande, - d'éviter de toucher la bande lorsqu'elle est chaude, afin de ne pas marquer ladite bande. 2903121 4 Aujourd'hui, il est ainsi courant de toucher la bande métallique pour des températures inférieure ou égale à 150 C, et formellement interdit de la toucher pour des températures supérieures à 250 C. Dans un four à recuit brillant vertical, la bande n'est ainsi pas 5 touchée sur toute la section de chauffage et au moins sur une partie de la section de refroidissement. Sur toute cette région, le brin de bande est soumis aux efforts dus non seulement à son propre poids, mais également aux efforts de traction nécessaires pour la conduite de bande. La hauteur de bande ne peut ainsi pas excéder une certaine 10 valeur, sous risque de rupture de la bande, notamment au niveau du point chaud de la bande, le point chaud de la bande correspondant au point le plus chaud dans le four. Par ailleurs, il est à noter que le contrôle de la conduite de bande nécessite des efforts de traction sur la bande, efforts de traction qui 15 alors deviennent plus critiques avec la vitesse de défilement. La hauteur cumulée de la section de chauffage et de la section de refroidissement en est ainsi limitée. La capacité de production du four en est ainsi affectée, la vitesse de défilement de la bande dans le four est déterminée en fonction de la qualité du chauffage rapide pour atteindre la 20 température minimale nécessaire à l'étape de recuit, ainsi que pour minimiser les efforts sur le brin vertical. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients précités en proposant une installation de traitement thermique en continu, destinée au recuit brillant d'une bande d'acier inoxydable, permettant 25 d'augmenter les capacités de production des lignes actuelles de recuit brillant, bien au-delà de 100.000 tonnes par an. Un autre but de la présente invention est de proposer une installation de traitement thermique permettant des vitesses de défilement de bande bien supérieures à 100 m/min, et en toute sécurité, notamment en cas 30 d'arrêt brutal de la ligne. D'autres buts et avantages de la présente invention 2903121 5 apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne une installation de traitement thermique en continu destinée au recuit brillant d'une bande d'acier inoxydable, 5 comprenant au moins une enceinte à atmosphère contrôlée intégrant des moyens de chauffage de la bande et des moyens de refroidissement de la bande, les moyens de chauffage et les moyens de refroidissement de la bande étant constitués respectivement par une section verticale de chauffage rapide à induction et par au moins une section verticale de refroidissement rapide, 10 positionnées sur le brin vertical, montant ou descendant de la bande métallique, sur lesquelles sections la bande est libre de conduite, non touchée, lorsque la température de bande excède 250 C, caractérisée en ce que : - ladite enceinte est constituée par une chambre à atmosphère contrôlée, non oxydante, dont la teneur est constituée par un 15 mélange de gaz inerte et d'hydrogène, voire d'hydrogène pur, et par une chambre maintenue sous gaz inerte d'un dispositif de sécurité permettant de créer une zone tampon entre l'air atmosphérique extérieur et l'atmosphère à teneur en hydrogène afin de limiter l'insertion d'air atmosphérique extérieur dans la chambre à teneur en hydrogène, 20 - un dispositif de conduite de bande est intégré directement dans ladite enceinte afin de minimiser le poids de la partie de bande sous point chaud, permettant d'entraîner la bande sans glissement et de lisser les variations des efforts de traction sur le brin vertical libre de conduite de la bande métallique, lors du fonctionnement normal de la ligne. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description, accompagnée des dessins en annexe, parmi lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique d'une installation de traitement thermique destinée au recuit brillant d'une bande d'acier inoxydable et conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation, 30 - la figure 2 est une illustration schématique d'une installation de traitement thermique en continu destinée au recuit brillant d'une bande 2903121 6 d'acier inoxydable et conforme à l'invention selon un second mode de réalisation. L'invention concerne une installation 1 de traitement thermique en continu, destiné au recuit brillant d'une bande 20 d'acier inoxydable 5 comprenant au moins une enceinte à atmosphère contrôlée. L'enceinte intègre des moyens de chauffage de la bande et des moyens de refroidissement de la bande, constituée respectivement par une section 3 verticale de chauffage rapide à induction et par au moins une section 4, verticale, de refroidissement rapide, positionnées toutes deux sur le 10 brin vertical, montant ou descendant, de la bande métallique. Selon deux exemples illustrés aux figures, la section de chauffage rapide et la section de refroidissement rapide sont sur le brin montant de la bande métallique. Il est à noter que la section de chauffage rapide et la section 15 de refroidissement rapide peuvent être positionnées sur le brin descendant de la bande métallique selon un autre mode de réalisation. La section 3 verticale de chauffage rapide peut être à induction transverse ou à induction longitudinale et permettre d'élever directement et rapidement la température de la bande à la température désirée pour obtenir le 20 recuit de la bande, par exemple 1.200 C au niveau du point chaud. La section 4 verticale de refroidissement rapide permet de faire chuter la température de la bande à une température au moins inférieure à 250 C permettant de toucher à nouveau la bande, notamment par un rouleau de conduite et sans risque de la marquer. La température de la bande en 25 sortie de la section de refroidissement peut être, par exemple, inférieure à 150 C. La section 3 de chauffage rapide et la section 4 de refroidissement rapide permettent un chauffage ou un refroidissement selon un gradient de température égal ou supérieur à 100 C/sec. 30 Telle qu'illustrée aux figures sur lesdites sections 3, 4 de chauffage et de refroidissement, la bande est libre de conduite, non touchée, 2903121 lorsque la température de bande excède 250 C, afin d'éviter le marquage de la bande. Selon l'invention, l'enceinte 2, 5 est constituée par une chambre 2 à atmosphère contrôlée, non oxydante, dont la teneur est 5 constituée par un mélange de gaz inerte et d'hydrogène et par une chambre 5 maintenue sous gaz inerte d'un dispositif de sécurité. Le mélange de la chambre 2 comprend au moins 75 % d'hydrogène, par exemple 95 %. L'atmosphère peut encore être constituée par de l'hydrogène pur. 10 Le dispositif de sécurité permet de créer une zone tampon entre l'air atmosphérique extérieur et l'atmosphère à teneur en hydrogène. Ce dispositif de sécurité permet de limiter l'insertion d'air atmosphérique extérieur dans la chambre à teneur en hydrogène et limite ainsi la formation d'un mélange d'atmosphère explosif. 15 L'installation présente en outre un dispositif 10 de conduite de bande. Ce dispositif permet d'entraîner la bande sans glissement afin d'éviter de rayer la bande. Ce dispositif permet également de lisser les variations des efforts de traction sur le brin vertical, montant ou descendant, libre de conduite de la bande métallique, lors du fonctionnement normal de la ligne. 20 Le dispositif 10 de conduite de bande est intégré directement dans ladite enceinte afin de minimiser le poids de la partie de bande sous point chaud. II peut être constitué par au moins un rouleau motorisé 11. Lorsque les sections de chauffage rapide et de refroidissement rapide sont sur le brin montant de la bande, telles qu'illustrées, le dispositif 10 25 de conduite est positionné en amont de la section de chauffage rapide. Si les sections de traitement sont sur le brin descendant, le dispositif 10 de conduite est positionné en aval de la section de refroidissement rapide. De cette façon, et selon les exemples illustrés, la plus grande partie de la bande sous point chaud peut être soumise aux apports calorifiques 30 du système de chauffage rapide, le dispositif 10 permettant, en outre, de lisser les variations sur le brin montant, permettant ainsi des vitesses de défilement 2903121 8 de bande bien supérieures à 100 m/sec, sans risque de rupture. Par ailleurs, en cas d'arrêt brutal de la ligne, la chambre 5 à teneur en gaz neutre, notamment d'azote, permet de jouer le rôle de zone tampon en cas de dépression de la chambre 2 à teneur en hydrogène. 5 Selon un mode de réalisation illustré à la figure 1, le dispositif 10 de conduite de bande est intégré dans la chambre 5 à teneur en gaz neutre du dispositif de sécurité. Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 2, le dispositif 10 de conduite de bande est intégré dans ladite chambre à 10 atmosphère contrôlée 2 à teneur en hydrogène. Selon un autre mode de réalisation non illustré, une partie des organes mécaniques du dispositif 10 peuvent être distribués dans la chambre 2 à teneur en hydrogène et dans la chambre 5 à teneur en gaz neutre. Le dispositif 10 de conduite de bande peut comprendre un bloc 15 en S 12 afin d'entraîner la bande métallique sans glissement. Ce bloc comporte au moins deux rouleaux dont l'un est le dit au moins un rouleau motorisé 11. Ce bloc permet d'appliquer la bande sur la surface du rouleau motorisé 11 avec une pression suffisante afin d'éviter tout phénomène de glissement. 20 Le dispositif 10 de conduite de bande peut présenter en outre un rouleau danseur 13, notamment apte à se déplacer selon une course limitée pour lisser les variations des efforts de traction sur le brin vertical, montant ou descendant, de la bande métallique libre de conduite, notamment lors du fonctionnement normal de la ligne. 25 Il est à noter que le rouleau motorisé 11 permet également de lisser les variations des efforts de traction sur le brin vertical. Toutefois, la sensibilité du rouleau motorisé 11 est inférieure à celle du rouleau danseur 13. Le rouleau danseur 13 est situé entre le bloc en S 12 et les sections 3, 4 de chauffage rapide et de refroidissement rapide, à l'aplomb, 30 notamment en-dessous desdites sections. Le rouleau danseur 13 peut être actionné au déplacement par 2903121 un vérin, notamment un vérin électrique, un vérin pneumatique ou encore un contrepoids. Le dispositif 10 de conduite de bande peut comprendre, en outre, un tensiomètre 14, notamment intégré dans la chambre à atmosphère 5 contrôlée 2, notamment en aval de la section 4 de refroidissement rapide sur les figures, à l'aplomb notamment au-dessus de la section 4 de refroidissement. Ce tensiomètre 14 permet la mesure de la tension de la bande 20 sur une position haute du brin vertical, montant ou descendant, libre de conduite. 10 Avantageusement, l'installation présente en outre des moyens pour piloter en couple le dispositif 10 de conduite de bande, et des moyens pour asservir ledit dispositif 10 de conduite de bande en fonction de la valeur du signal de mesure du tensiomètre 14. Notamment, le rouleau motorisé 11 peut être asservi en couple 15 en fonction de la valeur du signal du tensiomètre 14. De la même façon, le rouleau danseur 13 peut être asservi en couple en fonction de la valeur dudit signal du tensiomètre 14. L'installation peut présenter en outre un rouleau d'entraînement motorisé 16, notamment intégré dans la chambre à 20 atmosphère contrôlée 2, notamment positionné en aval du tensiomètre 14 sur les figures. Ce rouleau 16 permet d'entraîner la bande et est piloté en vitesse. L'installation présente ainsi des moyens pour piloter en vitesse le rouleau d'entraînement motorisé 16. L'installation peut présenter, en outre, un rouleau de guidage 25 15 notamment intégré dans la chambre à atmosphère contrôlée, en aval de la section 4 de refroidissement rapide, à l'aplomb, notamment au-dessus de ladite section. Ce rouleau de guidage 15 permet de diminuer les effets de positionnement latéral de la bande notamment sur une position haute du brin montant de la bande métallique, et tel qu'illustrées. Les effets de 30 positionnement latéral sont encore appelés effets de sabre. On entend par effet de sabre une déviation de la bande dans 2903121 10 un plan par rapport à un axe imaginaire longitudinal de bande. Tel qu'illustré aux figures 1 ou 2, le rouleau de guidage 15 et/ou encore le rouleau d'entraînement motorisé 16 constituent également des rouleaux déviateurs. 5 Tel qu'illustré, le dispositif de sécurité comprend en outre, un dispositif 6 d'entrée de bande dans la zone tampon, à partir de l'air extérieur et un dispositif 7 d'entrée de bande dans la chambre à teneur en hydrogène depuis la zone tampon, ainsi qu'un dispositif 8 de sortie de bande de la chambre à teneur en hydrogène vers la zone tampon et un dispositif 9 de 10 sortie de bande de la zone tampon vers l'air atmosphérique extérieur. Ces dispositifs d'entrée et de sortie de bande permettent d'assurer une étanchéité relative entre les atmosphères. Naturellement, d'autres modes de mise en oeuvre, à la portée de l'homme de l'art, auraient pu encore être envisagés sans pour autant sortir 15 du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Installation de traitement thermique en continu, destinée au recuit brillant d'une bande d'acier inoxydable, comprenant au moins une enceinte à atmosphère contrôlée intégrant des moyens de chauffage de la bande et des moyens de refroidissement de la bande, les moyens de chauffage et les moyens de refroidissement de la bande étant constitués respectivement par une section (3) verticale de chauffage rapide à induction et au moins par une section (4) verticale de refroidissement rapide, positionnées sur le brin vertical, montant ou descendant, de la bande métallique, sur lesquelles sections (3, 4) la bande est libre de conduite, non touchée, lorsque la température de la bande excède 250 C, caractérisée en ce que : - ladite enceinte (2, 5) est constituée par une chambre à atmosphère contrôlée (2) , non oxydante, dont la teneur est constituée par un mélange de gaz inerte et d'hydrogène, voire d'hydrogène pur, et par une chambre (5) maintenue sous gaz inerte appartenant à un dispositif de sécurité permettant de créer une zone tampon entre l'air atmosphérique extérieur et l'atmosphère à teneur en hydrogène afin de limiter l'insertion d'air atmosphérique extérieur dans la chambre (2) à teneur en hydrogène, - un dispositif (10) de conduite de bande est intégré directement dans ladite enceinte (2, 5) afin de minimiser le poids de la partie de bande sous point chaud, permettant d'entraîner la bande sans glissement et de lisser les variations des efforts de traction sur le brin vertical libre de conduite de la bande métallique, lors du fonctionnement normal de la ligne. 2. Installation selon la revendication 1 dans laquelle le dispositif (10) de conduite de bande est intégré dans ladite chambre à atmosphère contrôlée (2) à teneur en hydrogène. 3. Installation selon la revendication 1 dans laquelle le dispositif (10) de conduite de bande est intégré dans ladite chambre (5) à teneur en gaz neutre du dispositif de sécurité. 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3 dans laquelle le dispositif (10) de conduite de bande est constitué par au moins un 2903121 12 rouleau motorisé (11). 5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle le dispositif (10) de conduite de bande permettant de minimiser le poids de la hauteur de bande sous point chaud comprend un bloc en S (12) afin 5 d'entraîner la bande métallique sans glissement, le bloc comportant au moins deux rouleaux dont l'un est ledit au moins un rouleau motorisé (11). 6. Installation selon la revendication 5, dans laquelle le dispositif (10) de conduite permettant de minimiser le poids de la hauteur de bande sous point chaud présente, en outre, un rouleau danseur (13) situé 10 entre le bloc en S (12) et les sections (3, 4) de chauffage rapide et de refroidissement rapide, à l'aplomb desdites sections, le rouleau danseur (13) permettant de lisser les variations des efforts de traction sur le brin vertical de la bande métallique libre de conduite lors du fonctionnement normal de la ligne. 15 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif (10) de conduite de bande comprend un tensiomètre (14), intégré dans la chambre à atmosphère contrôlée (2), permettant la mesure de la tension de la bande sur une position haute du brin vertical libre de conduite. 8. Installation selon la revendication 7, présentant des moyens 20 pour piloter en couple le dispositif (10) de conduite de bande, et des moyens pour asservir ledit dispositif (10) de conduite de bande en fonction de la valeur du signal de mesure du tensiomètre (14). 9. Installation selon l'une des revendications 7 ou 8, présentant un rouleau d'entraînement motorisé (16), intégré dans la chambre à 25 atmosphère contrôlée (2) et des moyens pour piloter en vitesse ledit rouleau d'entraînement motorisé (16). 10. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, présentant un rouleau de guidage (15), intégré dans la chambre à atmosphère contrôlée, permettant de diminuer les effets de positionnement latéral de la bande sur 30 une position haute du brin vertical de la bande métallique.