Brevet FR2940979A1 — publié le 20100716

PROCEDE DE REFROIDISSEMENT D'UNE BANDE METALLIQUE EN DEFILEMENT. La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux sections de refroidissement des lignes de traitement en continu de bandes métalliques, notamment de recuit, de galvanisation ou de fer blanc. Une ligne de traitement en continu de bandes métalliques est composée d'une succession de sections de traitement thermique, notamment de chauffage, de maintien, de refroidissement, de vieillissement, etc... La présente invention concerne les sections de refroidissement des lignes de traitement en continu et plus particulièrement les sections de refroidissement rapide, quel que soit le mode de refroidissement mis en oeuvre, par exemple le rayonnement, la convection ou tout autre mode de refroidissement. Le refroidissement de la bande métallique peut être obtenu par le soufflage sur la bande d'un gaz, par exemple de l'air, mais plus généralement un mélange d'azote et d'hydrogène. La teneur en hydrogène du mélange est généralement au moins égale à 5% de sorte de limiter l'oxydation de la bande. Des teneurs plus élevées en hydrogène sont fréquemment employées pour améliorer les performances en refroidissement en raison du gain sur le coefficient d'échange résultant des propriétés physiques de l'hydrogène. Afin d'obtenir des pentes de refroidissement de la bande encore plus importantes, le refroidissement peut également être obtenu par la projection sur la bande d'un liquide. Ce liquide est fréquemment de l'eau, pouvant être préalablement traitée, par exemple pour en extraire l'oxygène dissous ou les sels minéraux, et pouvant contenir des additifs pour améliorer l'échange thermique ou limiter l'oxydation de la bande. Le refroidissement de la bande peut également être obtenu par la projection sur la bande d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide. Le gaz mis en oeuvre est généralement de l'azote mais peut également être composé d'un mélange d'azote et d'hydrogène, ou tout autre gaz. Le liquide de refroidissement est fréquemment de l'eau, éventuellement traitée comme décrit précédemment. La qualité du refroidissement a un impact important sur les propriétés mécaniques de la bande et sur son état de surface. Selon les températures de début et de fin de refroidissement et les pentes de refroidissement, le refroidissement d'une bande métallique s'accompagne généralement de transformations métallurgiques avec changements de phases de sorte d'obtenir les propriétés mécaniques visées, par exemple en terme de résistance mécanique ou d'emboutissabilité. La nature des phases formées, leur proportion et leur morphologie dépendent des températures et des pentes de refroidissement. Une bonne homogénéité de température sur la largeur de bande le long de la section de refroidissement est ainsi cruciale pour que les transformations métallurgiques obtenues soient celles visées. Les lignes de traitement en continu ont des vitesses de défilement de la bande élevée, par exemple de 100 à 800 m/min, la bande circulant sur des rouleaux de transport. Le guidage de la bande en défilement dans les différentes sections de la ligne est crucial pour éviter que la bande ne vienne au contact des murs. Des différences de longueur sur la largeur de bande, avec par exemple des rives longues ou courtes par rapport au centre de la bande, influent sur la qualité du guidage de la bande. On comprend qu'une différence d'intensité de refroidissement sur la largeur de bande conduit à une différence de température et donc une différence de contraction de la bande sur sa largeur ayant un impact sur le guidage de la bande. Après sa sortie de la section de refroidissement, la bande circule dans les sections situées en aval où se poursuit le chemin thermique de la bande. Elle peut par exemple traverser une section de vieillissement avec un maintien de celle-ci à une température appropriée pendant plusieurs secondes à plusieurs minutes. Au cours de son passage dans la section du four située en aval de la section de refroidissement, la bande va voir sa température moyenne évoluer avec une élévation de température s'il s'agit d'une section de chauffage ou une baisse de température s'il s'agit d'une section de refroidissement. La température moyenne de la bande pourra également être maintenue constante s'il s'agit d'une section de maintien. Selon la nature, la géométrie, les moyens mis en oeuvre pour le chauffage ou le refroidissement et le mode de contrôle de la section située en aval de la section de refroidissement, le profil de température transversal de la bande pourra évoluer entre l'entrée et la sortie de cette section en raison d'un échange thermique différent sur la largeur de bande. Ainsi, une bande parfaitement homogène en température en sortie de la section de refroidissement pourra avoir des rives plus chaudes ou plus froides que le centre à la sortie de la chambre aval. On comprend aisément que le profil de température de la bande à la sortie de la section située en aval de la section de refroidissement sera également lié au profil de température de la bande en sortie de la section de refroidissement. II est donc possible d'influer sur le profil de température de la bande en sortie de la section aval selon le profil de température de la bande en sortie de la section de refroidissement. II apparaît que le contrôle du refroidissement sur la largeur de bande, sur toute la longueur de la section de refroidissement, est déterminant afin d'obtenir des propriétés mécaniques homogènes sur la largeur de bande, éviter des défauts de guidage de bande et anticiper l'évolution du profil de température de la bande dans la section située en aval. Ce contrôle est particulièrement crucial pour les bandes larges et de faible épaisseur. L'invention a pour but, surtout, d'améliorer le contrôle du refroidissement sur la largeur de bande pour répondre à ces exigences, de 15 sorte que la courbe de refroidissement en chaque point de la largeur de la bande le long de la section de refroidissement soit celle visée. L'invention concerne ainsi un procédé de refroidissement d'une bande métallique en défilement, dans une ligne de traitement en continu, par 20 projection sur la bande d'un gaz, d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, la ligne de traitement comprenant une section de refroidissement suivie d'une section aval ayant un effet thermique sur la bande, l'entrée de la section aval correspondant à la sortie de la section de refroidissement . 25 Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que : on évalue en temps réel le changement du profil transversal de température de la bande entre l'entrée et la sortie de la section aval au moyen d'un calculateur à partir de modèles mathématiques en fonction du format de la bande, de la vitesse de défilement et du profil 30 transversal de température de la bande à l'entrée de la section aval, - on déduit, à partir d'un profil transversal de température souhaité en sortie de la section aval, le profil transversal de température adapté à l'entrée de la section aval pour l'obtention du profil souhaité en sortie, et on ajuste en temps réel la capacité de refroidissement de la 35 section de refroidissement suivant la largeur de la bande et sur la longueur de la section de refroidissement, par un système de contrôle et de commande de la ligne au moyen du calculateur à partir de modèles mathématiques prenant en compte le profil de température transversal de la bande à l'entrée de la section de refroidissement et l'évolution des échanges thermiques entre la bande et son environnement dans la section de refroidissement, de telle sorte que le refroidissement permette d'obtenir, en sortie de la section de refroidissement, le susdit profil transversal de température adapté. Selon l'invention, la capacité de refroidissement est ainsi ajustée en prenant en compte par anticipation l'évolution future du profil de température transversal de la bande pendant son séjour dans la section de la ligne située en 10 aval de la section de refroidissement. Le contrôle du profil de température sur la largeur de la bande résultant de l'ajustement de la capacité de refroidissement sur la largeur de bande est prévu pour permettre d'améliorer le guidage de la bande sur les 15 rouleaux de transport par l'obtention de rives longues ou courtes par rapport au centre de la bande. L'ajustement de la capacité de refroidissement peut être obtenu par un fractionnement d'un dispositif de refroidissement en une pluralité d'unités 20 dans le sens de la largeur et dans le sens de la longueur de la section de refroidissement. Chaque unité peut être munie d'organes de régulation pour faire varier sa capacité de refroidissement indépendamment des autres unités. La commande des organes de régulation peut être assurée à partir 25 d'un calculateur dans lequel est installé un programme approprié de commande des unités de refroidissement. Avantageusement, le calculateur reçoit des informations fournies par des capteurs de température répartis dans la section de refroidissement et par des capteurs de température répartis dans la section aval, et le calculateur, à partir de ces informations, vérifie si le refroidissement 30 s'effectue de la manière souhaitée, et éventuellement corrige le déroulement du refroidissement, selon la largeur de la bande et suivant sa longueur pour obtenir le profil souhaité. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus 35 explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation décrit avec référence au dessin annexé, mais qui n'est nullement limitatif. Sur ce dessin : Fig. 1 est une coupe verticale schématique d'une section de refroidissement et d'une section aval d'une ligne de traitement en continu d'une bande métallique. Fig. 2 est une section horizontale suivant la ligne 11-11 de Fig. 1, de la section de refroidissement, et Fig. 3 est un diagramme illustrant les variations du profil transversal de température de la bande, porté en ordonnée, selon la largeur de la bande portée en abscisse. En se reportant aux Fig.1 et 2 du dessin, on peut voir une section de refroidissement 1 d'une ligne de traitement en continu d'une bande métallique 2 en défilement. Selon l'exemple représenté, la section de refroidissement 1 est verticale mais elle pourrait être horizontale, ou inclinée par rapport à la verticale. En partie haute de la section 1, la bande 2 passe sur des rouleaux de renvoi 3 pour s'engager dans une section aval 4 également représentée verticale dans l'exemple, mais qui peut être disposée autrement, notamment à l'horizontale. La largeur (Fig. 2) de la bande 2 est perpendiculaire au plan de Fig. 1. Le refroidissement de la bande 2 est assuré par projection sur chacune des faces de la bande d'un gaz, d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, à l'aide de buses 5 réparties dans les parois de la section 1 parallèles à la bande 2, de chaque côté de cette bande. Les buses 5 sont orientées de manière à diriger au moins un jet de fluide de refroidissement contre la bande 2, notamment selon une direction sensiblement orthogonale à cette bande. Les buses 5 sont alimentées en fluide de refroidissement par des conduites 6. L'entrée 4a de la section aval correspond à la sortie 1 b de la section de refroidissement. La bande 2 présente un profil transversal de température P (Fig. 3) qui dépend de la zone considérée de la bande 2. Le profil P représente la variation de la température d'un point de la bande suivant sa largeur, qui correspond à une direction orthogonale au sens de déplacement de la bande. Selon l'invention, en fonction du format de la bande 2, en particulier selon sa largeur, son épaisseur et sa nature, et en fonction du profil transversal de température de la bande à l'entrée 4a de la section aval, on évalue le changement du profil transversal de température entre l'entrée 4a et la sortie 4b de la section aval. Ce changement de profil transversal peut être évalué à partir de modèles mathématiques permettant de calculer les échanges thermiques entre la bande 2 et la section 4, éventuellement complété de mesures antérieures. Ensuite, on déduit, par une démarche inverse, à partir d'un profil transversal souhaité P4b (Fig. 3) de température en sortie 4b de la section aval, le profil transversal P4a de température, à l'entrée 4a de la section aval, qui est adapté pour l'obtention du profil souhaité P4b en sortie. Dans l'exemple schématique de Fig. 3, le profil P4b souhaité en sortie est un profil homogène suivant la largeur, c'est-à-dire que la température de la bande est constante d'une rive à l'autre. Dans cet exemple la section aval 4 exerce un chauffage sur la bande plus marqué sur la rive gauche qu'au centre et sur l'autre rive. Le profil P4a à l'entrée de la section, adapté pour donner le profil P4b, présentera une forme convexe vers le haut sur la rive gauche, correspondant à une température de bande moindre sur la rive gauche. D'une part on dispose du profil transversal P4a à l'entrée de la section aval 4a, qui est aussi le profil P1 b à la sortie 1 b de la section de refroidissement, et d'autre part on connaît le profil transversal de température Pla à l'entrée de la section de refroidissement. Selon l'exemple de Fig.3 le profil Pla est concave vers le haut, ce qui correspond à des rives de bande plus chaudes que le centre. On ajuste alors la capacité de refroidissement de la section de refroidissement 1 suivant la largeur de la bande 2 et selon la longueur de la section de refroidissement, pour obtenir, à partir du profil d'entrée Pla, le profil de sortie Plb = P4a. Le profil transversal de température Pla à l'entrée est connu à l'aide de capteurs de température répartis sur la largeur de la bande, à l'entrée la. L'ajustement de la capacité de refroidissement sur la largeur de la bande peut être obtenu par de nombreux moyens connus. Avantageusement, cet ajustement de la capacité de refroidissement est obtenu par un fractionnement d'un dispositif de refroidissement R en une pluralité d'unités Ryz dans le sens de la largeur et dans le sens de la longueur de la section de refroidissement 1, c'est-à-dire dans le sens vertical selon l'exemple considéré. L'indice y de Ryz peut varier de 1 à m, m étant le nombre d'unités selon la largeur de la bande, tandis que l'indice z peut varier de 1 à n, n étant le nombre d'unités suivant la longueur de la section de refroidissement 1. D'une manière générale, chaque unité Ryz est équipée d'un organe, par exemple une vanne de régulation 7, permettant de faire varier le débit du moyen de refroidissement, gaz, liquide ou mélange gaz/liquide. Dans le cas d'un mélange gaz/liquide, une vanne de régulation peut être nécessaire sur chaque fluide. Chaque unité est ainsi munie de l'équipement nécessaire pour faire varier sa capacité de refroidissement indépendamment des autres unités. Dans l'exemple illustré sur Fig. 1, chaque unité de refroidissement Ryz comprend deux buses 5, ayant la même position selon la largeur, mais décalées verticalement suivant la longueur. Les buses 5 d'une même unité sont alimentées en parallèle à partir d'une même conduite 6 sur laquelle est disposée une vanne de régulation 7 contrôlant le débit de gaz ou le débit du liquide de refroidissement, La commande des organes de régulation, tels que les vannes 7 est assurée à partir d'un calculateur A dans lequel est installé un programme approprié de commande des unités de refroidissement. Le calculateur A reçoit en outre des informations fournies par des capteurs de température 8 répartis dans la section de refroidissement et par des capteurs de température 9 répartis dans la section aval. Le calculateur A, à partir de ces informations, vérifie si le refroidissement s'effectue de la manière souhaitée, et éventuellement corrige le déroulement du refroidissement, selon la largeur de la bande et suivant sa longueur pour obtenir le profil souhaité. Dans le cas d'un refroidissement par un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, chaque unité pourra par exemple être équipée d'un organe de contrôle du débit uniquement sur le gaz, le débit du liquide étant constant, ou d'un organe de contrôle du débit uniquement sur le liquide, le débit de gaz étant constant, ou de deux organes de contrôle permettant de faire varier le débit de gaz et le débit du liquide. Chaque unité peut également être équipée d'un dispositif G permettant de faire varier la température du gaz, du liquide ou du mélange constitué d'un gaz et d'un liquide de sorte de faire varier sa capacité de refroidissement. Cette variation de la température du moyen de refroidissement pourra être réalisée pour un débit constant du moyen de refroidissement ou combinée à une variation du débit du moyen de refroidissement de sorte d'accroître la souplesse de régulation de l'installation. A titre d'exemple : - si la section 4 située en aval de la section de refroidissement 1 est une section de chauffage qui conduit à une température plus élevée de l'une des rives de la bande de 5°C, par exemple la rive gauche, alors que l'on recherche une température homogène en sortie 4b de celle-ci, - et si la bande 2 entre parfaitement homogène en température sur la largeur dans la section de refroidissement 1, selon l'invention, les paramètres de refroidissement sont ajustés de sorte qu'une capacité de refroidissement plus importante sur la rive considérée, la rive gauche dans l'exemple, conduise à un refroidissement supplémentaire de 5°C de celle-ci par rapport au reste de la largeur de bande. Selon une variante de cet exemple : - si la bande 2 entre à présent dans la section de refroidissement 1 avec la rive considérée plus froide de 10°C que le reste de la bande, selon l'invention, les paramètres de refroidissement sont ajustés de sorte qu'une capacité de refroidissement plus faible sur la rive considérée conduise à un refroidissement moindre de celle-ci de 10°C par rapport au reste de la largeur de bande. Le ou les programmes installés dans le calculateur A sont établis avec des moyens mathématiques exploitant des modèles basés sur les lois physiques des échanges thermiques, et permettent une bonne simulation des variations de température d'une bande 2 lors de son passage dans une section d'une ligne continue selon la nature de celle-ci et son état thermique. Il est donc possible de prédire l'évolution du profil de température de la bande le long de cette section et d'ajuster en conséquence les paramètres de fonctionnement de chaque unité de la section de refroidissement. Des essais réalisés lors de la mise en service de la ligne continue sont également mis à profit pour caler le modèle thermique et augmenter la précision du dispositif, en améliorant le programme installé dans le calculateur. REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement d'une bande métallique (2) en défilement, dans une ligne de traitement en continu, par projection sur la bande d'un gaz, d'un liquide ou d'un mélange constitué d'un gaz et d'un liquide, la ligne de traitement comprenant une section de refroidissement (1) suivie d'une section aval (4) ayant un effet thermique sur la bande, l'entrée (4a) de la section aval correspondant à la sortie (1b) de la section de refroidissement , caractérisé en ce que : - le changement du profil transversal de température de la bande entre l'entrée (4a) et la sortie (4b) de la section aval (4), est déterminé en temps réel au moyen d'un calculateur (A) à partir de modèles mathématiques prenant en compte le format de la bande, la vitesse de défilement de la bande, le profil transversal de température (P4a) de la bande à l'entrée de la section aval et l'évolution des échanges thermiques entre la bande et son environnement dans la section aval (4), à partir d'un profil transversal de température (P4b) souhaité en sortie de la section aval (4), le profil transversal de température (P4a) à l'entrée de la section aval est adapté pour l'obtention du profil souhaité en sortie, - la capacité de refroidissement de la section de refroidissement (1) est régulée suivant la largeur de la bande et sur la longueur de la section de refroidissement en temps réel par un système de contrôle et de commande de la ligne au moyen du calculateur (A) à partir de modèles mathématiques prenant en compte le profil de température transversal de la bande (P1 a) à l'entrée de la section de refroidissement et l'évolution des échanges thermiques entre la bande et son environnement dans la section de refroidissement (1), de telle sorte que le refroidissement permette d'obtenir, en sortie de la section de refroidissement, le susdit profil transversal de température adapté (P4a). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ajustement de la capacité de refroidissement est obtenu par un fractionnement d'un dispositif de refroidissement (R) en une pluralité d'unités (Ryz) dans le sens de la largeur et dans le sens de la longueur de la section derefroidissement (1). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque unité (Ryz) est munie d'organes de régulation (7) pour faire varier sa capacité de refroidissement indépendamment des autres unités. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la commande des organes de régulation (7) est assurée à partir du calculateur (A) dans lequel est installé un programme approprié de commande des unités de refroidissement. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le calculateur (A) reçoit des informations fournies par des capteurs de température (8) répartis dans la section de refroidissement (1) et par des capteurs de température (9) répartis dans la section aval, et le calculateur (A), à partir de ces informations, vérifie si le refroidissement s'effectue de la manière souhaitée, et éventuellement corrige le déroulement du refroidissement, selon la largeur de la bande et suivant sa longueur pour obtenir le profil souhaité. 10