PROCESS FOR COOLING THIN METAL STRIPS

Abstract: 1. Process for cooling a moving thin steel strip by spraying a refrigerant onto the surface of the strip, in which the said steel strip is subjected to a low intensity cooling phase followed by a high intensity cooling phase, characterized in that the said low intensity phase is carried out with a heat exchange coefficient less than or equal to 3 kW/m**2 degrees C and in the said high intensity phase is carried out with a heat exchange coefficient greater than 3 kW/m**2 degrees C, and in that the said low intensity phase is interrupted when the strip has reached a temperature of between 600 degrees C and 350 degrees C.

Description: Procédé de refroidissement de bandes métalliques minces. La présente invention concerne le refroidissement forcé de bandes métalliques minces, en particulier en acier. Elle vise notamment l'opération de refroidissement pratiquée dans les lignes continues de traitement thermique des bandes minces. On sait que si le refroidissement appliqué n'est pas homogène, les bandes peuvent, à l'état. final, présenter de graves défauts. A cet égard, on peut citer le manque de planéité, qui se manifeste lorsque les tensions ont dépassé localement la limite d'élasticité du matériau pendant le refroidissement. Les bandes peuvent également présenter des vermiculures, c'està-dire des marques de déformation plastique, qui apparaissent lorsque la limite d'élasticité du matériau est atteinte pour une certaine température du -produit et que la caractéristique de traction du matériau présente un palier à cette température. Pour tenter de prévenir l'apparition de ces deux types de dé faut s, on a déjà proposé divers procédés mettant en oeuvre des méthodes pour un refroidissement relativement doux. Une première méthode connue consiste à appliquer un refroidissement par soufflage d'air, pour lequel.le coefficient d'échange de chaleur vaut environ 0,15 IrW/m2 OC. I1 s'agit d'un refroidissement assez lent, qui nécessite une longue durée d' application et par conséquent l'utilisation d'installation de refroidissement de grande longueur. La consommation d'air comprimé et le cott de l'opération sont en conséquence élevés. On connaît une-utre-méthode de refroidissement qui consiste à immerger la bande mince dans de l'eau maintenue à sa température d'ébullition. Dans ce cas, le coefficient d'échange de chaleur vaut environ 0,28 kW/m2 OC dans le domaine de l'ébul- lition en film, c'est-à-dire lorsque la température de surface du produit est supérieure à 300oc, En dessous de cette température, le coefficient d'échange de chaleur croit très rapidement et le refroidissement par immersion dans l'eau bouillante ne permet pas toujours d'obtenir une bande plane et exempte de vermiculures. En outre, ce refroidissement est également assez lent et présente à cet égard les memes incon vénients que- le refroidissement par soufflage d'air. La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier aux inconvénients qui viennent d'etre mentionnés. A cet effet, le procédé de l'invention assure un refroidissement intense de la bande, tout en permettant d'obtenir un produit de qualité, présentant une excellente planéité et exempt de vermiculures. Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on soumet une bande métallique mince à un refroidis sement par projection d'un agent réfrigérant, est essentiellement caractérisé en ce que le dit refroidissement comporte une phase, dite à basse intensité, au cours de laquelle le coefficient d'échange de chaleur défini à 6000C est inférieur à 3 kW/m2 "C, et une phase, dite à haute intensité, au cours de laquelle le coefficient d'échange de chaleur défini à 6000C est supérieur à 3 kw/m2 OC. Selon une mise en oeuvre intéressante du procédé de l'invention, on exécute en premier lieu la phase de refroidissement à basse intensité, jusqu'à ce que la bande ait atteint une température prédéterminée, et ensuite la-phase de refroidissement à haute intensité. Egalement selon l'invention, il a été trouvé avantageux d'interrompre la première phase de refroidissement lorsque la sur facé de la bande a atteint une valeur comprise entre 3500C et 6000C. Toujours selon l'invention, il peut être intéressant de prévoir une phase de refroidissement supplémentaire, dite à intensité intermédiaire, qui-se situe de préférence entre la phase à basse intensité et la phase à haute intensité. Dans le cadre de l'invention, il s'est avéré particulièrement intéressant- de refroidir la bande au moyen de jets, par exemple d'eau, disposés de façon à couvrir la totalité de la surface de la bande. L'eau peut éventuellementêtre chaude et/ou projetée sous forme d'un brouillard. Dans ce cas, il est intéressant d'utiliser le même. agent réfrigérant dans les diverses phases de refroidissement, la différence d'intensité étant obtenue en ajustant le débit total d'agent réfrigérant de chaque phase. Cet ajustement peut etre effectué en modifiant soit le nombre de jets d'agent réfrigérant, soit le débit des divers jets par tout moyen connu en soi. A titre d'exemple, on va décrire Åa présent une application du procédé de l'invention au refroidissement en deux phases d'une bande mince au moyen de jets d'eau, en faisant référence aux figures annexées. Dans cet exemple, une bande en acier doux de 0,7 mia d'épaisseur et se déplaçant à une vitesse de 109 m/min., est refroidie depuis 7500C jusqu'à une température inférieure à 1700C. Sur la figure 1, la bande A se déplaçant dans la direction de la flèche B, est soumise à l'action de jets d'eau disposes en quinconce, dont seuls les trois jets d'axe perpendiculaire à la bande aux points C, D et E sont représentés. On a également indiqué 5 points, numérotés 0, 1, 2, 3, et 4 situés à distance croissante du point C, ainsi qu'un point 5 situé à égale distance des points C, D et E. Les figures 2 à 5 traduisent les résultats obtenus par une opé- ration de refroidissement, soit uniquement à haute intensité (fig. 2 et 3), soit uniquement à basse intensité (fig. 4 et 5). La figure 2 montre les courbes 0 'à 5 donnant l'évolution de la densité de flux calorifique en fonction de la température superficielle de la bande, correspondant respectivement aux points 0 à 5 indiqués à la figure 1. Ces courbes traduisent un refroidissement à haute intensité pour lequel le coeffi- cient d'échange de chaleur moyen vaut 3,8 XW/m2 OC à 6000C. Ces courbes sont séparées les unes des autres, ce qui révèle une hétérogénéité sensible du refroidissement appliqué. c on a représenté à la figure 3, l'évolution des contraintes d'origine thermique, superposées à la traction dans la bande (20 N/mm2), en fonction de la température superficielle de la bande, toujours dans le cas du refroidissement à haute intensité de la figure 2. Ces courbes montrent qu'il se développe dans la bande, des contraintes de compression (ligne passant par le point O) et des contraintes de traction (ligne passant parle point 4). Il apparat également que la différence maximale entre les contraintes de traction et de compression se manifeste pour une température de la bande de l'ordre de 300"C. Sur cette figure 3, on a également représenté l'évolution de la limite d'élasticité Re de la bande, en fonction de sa température, ainsi que le point M d'apparitiOn du palier dans la courbe de traction. L'examen de ces courbes montre qu'au voisinage du point d'apparition du palier, la contrainte de traction est supérieure à la limite d'élasticité. I1 en résulte que la bande traitée de cette façon présente un défaut de planéité ainsi que des vermiculures. On calcule que dans ces conditions, la longueur de refroidissement nécessaire pour ramener la bande à une température inférieure à 1700C est égale à 0,73 m. Une bande identique, se délaçant également à une vitesse de 109 m/min., a'été soumise à un refroidissement à basse inten sité, avec un coefficient d'échange de chaleur moyen de 1,9 kW/mê C à 600 C. La figure 4 montre les courbes traduisant l'évolution de la densité de flux calorifique en fonction de la température superficielle de la bande, respectivement aux points 0 à 5 de la figure 1. L'écart entre les courbes révèle également une hétérogénéité de refroidissement assez sensible, mais plus faible cependant que dans le-cas de la figure 2. La figure 5 montre que la différence maximale entre les contraintes de traction et 'de compression est nette'rttentmoins' importante qu'à la figure 3. En outre, ces contraintes ne dépassent en aucun point la limite d'élasticité du matériau. Les bandes refroidies à basse intensité ne présentent donc pas de défaut de planéité ni de vermiculures. En revanche, la longueur de refroidissement nécessaire pour atteindre une température inférieure à 1700C est égale à 1,61 m. Elle est donc 2,2 fois plus élevée que dans le cas du refroidissement à haute intensité, ce qui entraîne une consommation totale accrue d'agent de refroidissement. La même bande a enfin été soumise-au procédé de refroidissement conforme à l'invention, comportant une phase I à basse intensité suivie d'une phase II à haute intensité. La figure 6 mon tre l'évolution de la différence maximale a entre les max contraintes de traction et de compression dans la bande, en fonction de la température d'interruption de la phase I. Dans un premier cas, les points de percée des axes des jets de la phase II sont alignés avec ceux de la phase I selon.des droites parallèles à l'axe longitudinal de la bande. Ce cas est illustré par la courbe I de la figure 6. Le point P de cette courbe correspond à une interruption de la phase I à 7500C; le refroidissement se déroule tout entier en phase II et conduit à : ##max = 172 N/mm2 Si, par contre la tempéra max ture d'interruption est inférieure à 3000C, on est ramené au cas où le refroidissement est entièrement effectué en phase I; en deça de cette température de 300 C, la valeur de a 2 max reste constante et égale à 78 N/mmê. Une température intermé- 2 diaire d'interruption de 450ôC conduit à un u de 87 /mm max Dans une seconde disposition, les jets de la phase II sont décalés transversalement d'un demi-pas par rapport à ceux de la phase I. Ce cas correspond à la courbe 2 de la figure 6. Les points correspondant aux températures de 7500C d'une part et de moins de 3000C d'autre part, sont identiques à ceux de la courbe 1. On constate cependant que lorsque la température d' interruption est comprise entre 5800C et 3000CI la valeur de da est inférieure à la plus basse valeur réalisable dans le premier cas (courbe 1). Pour une température d'interruption de 4500C, ma vaut 56 N/mm2. max Pour réaliser une température d'interruption de 4500C dans le cas de cette seconde disposition des jets, les phases I et II doivent avoir des longueurs respectives de 0,88 m et 0,30 m, soit une longueur totale de 1,18 m. Le procédé de l'invention permet donc de réduire la durée du refroidissement, dans ce cas de 27 %, et par conséquent la consommation d'agent réfrigérant, par rapport au refroidissement à basse intensité, tout en évitant l'apparition de défauts de planéité et de vermiculures dans les bandes. Il est possible, par le procédé de l'invention, de réduire encore la longueur, donc la durée du refroidissement sans alt6- rer la qualité de la bande. La courbe 2 donne, pour une tem 2 pérature d'interruption de 5800C, un ba égal à 78 N/mm mais ne nécessite qu'une longueur de 0,53 m (phase I) + 0,47 m (phase II) = 1 m, pour atteindre une température finale inférieure à 170 C. Cette valeur de 78 N/mmê correspond à la valeur la plus basse réalisable par un refroidissement à basse intensité (courbe l),-mais avec une longueur de 1 m au lieu de 1,61 m, soit une réduction de 38 %.

Claims: REVENDICATI ONS , 1. Procédé de refroidissement d'une bande métallique mince en mouvement, par projection d'un agent réfrigérant sur la surface de la bande, caractérisé en ce que le dit refroidissement comporte une phase, dite à basse intensité, au cours de laquelle le coefficient d'échange de chaleur défini à 6000C est inférieur ou égal à 3 kW/m2 OC, et une phase, dite à haute intensité, au cours de laquelle le coefficient d'échange de chaleur est supérieur à 3 kW/m2 OC. 2. Procédé suivant- la revendication 1, caractérisé-en ce que l'on exécute en premier lieu la dite phase à basse intensité, jusqu'à ce que la bande ait atteint une température prédéterminée, dite température d'interruption, et ensuite la dite phase à haute intensité à partir de cette température d'interruption. 3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on choisit la dite température d'interruption entre environ 3500C et environ 600 C. 4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications l ou 2, caractérisé en ce que l'on exécute une phase de refroidissement, dite à intensité intermédiaire, entre la dite phase à basse intensité et la dite phase à haute intensité. 5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise, comme agent réfrigérant, de l'eau, éventuellement chaude, de préférence sous la forme de jets coniques pleins. 6. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise comme agent réfrigérant, un brouillard d'eau et d'air.

Inventors: WILMOTTE, STEPHAN, Wilmotte, Stéphan
Applicants: CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE ASSOCIATION SANS BUT LUCRATIF
Application year: 1983
Main classification: C21D9
IPC codes: C21D1, C21D9, B21B45