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CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUESCENTRUM VOGR RESEARCH IN DE METALLURGIE, Association sans but lucratifVereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).
Procédé et dispositif pour le refroidissement accéléré d'une bande métallique mince.
La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour le refroidissement accéléré d'une bande métallique mince, en particulier d'une bande en acier. Ce procédé est particulièrement intéressant parce qu'il offre une large gamme de réglage de l'intensité du refroidissement, tout en conservant les propriétés, en particulier la planéité de la bande.
Dans son brevet belge nO 873.060, le présent demandeur a déjà proposé un procédé de refroidissement accéléré de bandes minces, consistant à disposer des rampes de refroidissement symétriquement de part et d'autre de la bande à traiter, à projeter sur les deux faces de la bande un fluide refroidisseur constitué d'un brouillard homogène d'eau mise en suspension dans deq
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l'air au moyen de gicleurs appropriés et à délimiter la zone arrosée sur les deux faces par des écrans d'air ou de vapeur sous pression.
La présence de ces écrans d'air ou de vapeur sous pression a pour but d'éviter l'écoulement du fluide refroidisseur vers l' amont ou vers l'aval de la bande. Cette condition est très importante, car un tel écoulement perturberait le refroidissement de la bande et pourrait compromettre sérieusement les propriétés de celle-ci, en particulier sa planéité.
La pratique de ce procédé a cependant montré qu'il n'était pas toujours possible de réaliser cette condition de façon satisfaisante. C'est le cas en particulier sur la face supérieure d'une bande horizontale, où les écrans d'air ne suffisent pas toujours à empêcher tout écoulement indésirable de fluide refroidisseur.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier à cet inconvénient. Elle repose sur une constatation inattendue, résultant des recherches effectuées par le demandeur.
Au cours de ses recherches, celui-ci a observé que, contrairement à l'opinion généralement admise, il n'était pas nécessaire de projeter le fluide refroidisseur sur les deux faces d'une bande mince pour assurer le refroidissement désiré de celle-ci. Il est ainsi apparu qu'il était possible de réaliser un refroidissement conduisant aux propriétés recherchées, en particulier la planéité, en appliquant à la bande mince un refroidissement approprié sur une seule face.
Les bandes minces visées par la présente invention sont les bandes dont l'épaisseur n'excède pas 2,5 mm.
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Le procédé de refroidissement accéléré d'une bande métallique mince, qui fait l'objet de la présente invention, est dès lors essentiellement caractérisé en ce que l'on projette un fluide refroidisseur sur une seule face de la dite bande, le dit fluide étant constitué d'un brouillard homogène d'eau mise en suspension dans de l'air au moyen de gicleurs appropriés, en ce que l'on assure un contact continu entre la zone arrosée de la dite face et le fluide refroidisseur et en ce que l'on délimite de façon précise l'étendue de la dite zone arrosée.
Dans la suite de la description, il sera fait référence au cas très fréquent où la bande traverse horizontalement la zone de refroidissement, par exemple à la sortie d'un four de traitement thermique. Il va de soi que cette référence particulière ne réduit en rien le caractère général du procédé de la présente invention, qui peut donc s'appliquer avec une égale efficacité, quelle que soit l'orientation de la bande.
Considérant le cas où la bande est horizontale ou sensiblement horizontale, il s'est avéré particulièrement intéressant de projeter le dit fluide refroidisseur uniquement sur la face inférieure de la bande.
Selon une mise en oeuvre particulière du procédé de l'invention, on délimite la zone arrosée en conférant au fluide refroidisseur projeté sur la bande, au moins dans les régions voisines des limites de la dite zone arrosée, une composante de mouvement s'opposant à l'écoulement du dit fluide vers l' extérieur de cette zone arrosée.
Selon une première variante de cette mise en oeuvre, on confère au fluide refroidisseur la dite composante de mouvement en orientant de façon appropriée les gicleurs de projection, au moins au voisinage des limites de la dite zone arrosée.
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Selon une autre variante de cette mise en oeuvre, on confère au fluide refroidisseur la dite composante de mouvement en déviant le dit fluide refroidisseur, par exemple au moyen de déflecteurs appropriés disposés au voisinage des limites de la dite zone arrosée.
Toujours selon l'invention, on peut utiliser en outre des écrans d'air ou de vapeur sous pression pour empêcher tout écoulement résiduel de fluide vers l'extérieur de la zone arrosée.
La présente invention porte également sur un dispositif pour le refroidissement accéléré d'une bande métallique mince selon le procédé qui vient d'être décrit.
Le dispositif qui fait l'objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte une ou plusieurs rampes de refroidissement disposées d'un même côté de la bande à traiter, en ce que les dites rampes de refroidissement sont équipées de gicleurs leur assurant une puissance spécifique de refroidissement pouvant atteindre 8 MW/m2 et pouvant varier dans un rapport de 1 à 40 et en ce qu'il comporte des moyens pour délimiter avec précision l'étendue de la zone arrosée sur la bande.
Selon une réalisation particulière du dispositif de l'invention, au moins les gicleurs situés au voisinage des limites de la zone arrosée sont orientés de façon à conférer au fluide refroidisseur une composante de mouvement s'opposant à l'écoulement du fluide vers l'extérieur de la zone arrosée.
Selon un autre mode de réalisation, le dispositif de l'invention comporte des déflecteurs disposés aux limites amont et/ou aval de la zone arrosée et profilés de façon à conférer au fluide refroidisseur la composante de mouvement désirée au
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voisinage de ces limites.
Ces mêmes déflecteurs, ou des déflecteurs supplémentaires, et en particulier le déflecteur aval, peuvent, également selon l'invention, être disposés à proximité immédiate de la bande, de façon à recueillir et. à dévier le fluide refroidisseur entraîné par la bande en mouvement.
Toujours selon l'invention, le dispositif peut encore comporter des moyens pour établir des écrans d'air ou de vapeur sous pression à l'amont et/ou à l'aval de la zone arrosée, afin d'empêcher tout écoulement résiduel de fluide vers l'extérieur de cette zone arrosée.
Egalement selon l'invention, le dispositif est équipé de moyens pour empêcher le passage de fluide de la face arrosée à la face non arrosée de la bande, en particulier par les bords latéraux de celle-ci.
A titre d'exemple, on a appliqué le procédé de l'invention à des bandes en acier inoxydable ferritique d'épaisseur variable et de largeur comprise entre 1000 mm et 1300 mm. Cette application est illustrée à la figure annexée. La bande mince 1 parcourt horizontalement la zone d'arrosage de longueur L = 1 m.
Sa température est de 7000C à l'entrée et d'environ 4000C à la sortie de cette zone. Deux rampes de refroidissement 2 et 3 sont situées sous la bande. Elles ont une longueur 1 = 0,2 m ; elles sont inclinées d'un angle a 200 et leur point milieu est situé à une distance H = 0,2 m de la bande. La bande se déplaçait dans le sens de la flèche, avec une vitesse va- riant, en fonction de son épaisseur, de la façon suivante :
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EMI6.1
<tb>
<tb> épaisseur <SEP> de <SEP> la <SEP> bande <SEP> vitesse <SEP> de <SEP> la <SEP> bande
<tb> (mm) <SEP> (m/min.) <SEP>
<tb> 1,4 <SEP> 22
<tb> 1,7 <SEP> 18
<tb> 2,4 <SEP> 13
<tb>
Le brouillard de refroidissement était obtenu à partir d'eau sous une pression de 0,5 bar pulvérisée par de l'air comprimé à 2 bars.
Les bandes refroidies par ce procédé présentaient une excellente planéité tant longitudinale que transversale, et ne comportaient aucun défaut de surface, en particulier pas la moindre vermiculure.
Il est ainsi confirmé que le procédé de l'invention permet d' assurer le refroidissement accéléré d'une bande métallique mince par projection du fluide refroidisseur sur une seule face.
Il convient encore de souligner que ce procédé n'est pas limité à l'acier inoxydable ferritique auquel est consacré l'exemple ci-dessus, mais qu'il s'applique avec autant de succès à d'autres types d'acier, notamment l'acier doux et l'acier inoxyda- ble austénitique.
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METALLURGICAL RESEARCH CENTERCENTRUM VOGR RESEARCH IN DE METALLURGIE, Non-profit associationVereniging zonder winstoogmerk in BRUXELLES, (Belgium).
Method and device for accelerated cooling of a thin metal strip.
The present invention relates to a method and a device for the accelerated cooling of a thin metal strip, in particular a steel strip. This process is particularly interesting because it offers a wide range of adjustment of the intensity of the cooling, while retaining the properties, in particular the flatness of the strip.
In his Belgian patent No. 873.060, the present applicant has already proposed an accelerated cooling process for thin strips, consisting of having cooling ramps symmetrically on either side of the strip to be treated, to be projected on the two faces of the band a coolant consisting of a homogeneous mist of water suspended in two
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air by means of appropriate nozzles and to delimit the area sprayed on both sides by screens of air or steam under pressure.
The purpose of these screens of pressurized air or steam is to prevent the coolant from flowing upstream or downstream of the strip. This condition is very important, since such a flow would disturb the cooling of the strip and could seriously compromise the properties of the latter, in particular its flatness.
The practice of this process has however shown that it was not always possible to achieve this condition satisfactorily. This is particularly the case on the upper face of a horizontal strip, where the air screens are not always sufficient to prevent any undesirable flow of coolant.
The subject of the present invention is a method making it possible to remedy this drawback. It is based on an unexpected finding, resulting from research carried out by the applicant.
During his research, he observed that, contrary to generally accepted opinion, it was not necessary to spray the coolant on both sides of a thin strip to ensure the desired cooling thereof. . It thus appeared that it was possible to achieve cooling leading to the desired properties, in particular flatness, by applying to the thin strip suitable cooling on one side.
The thin strips targeted by the present invention are strips whose thickness does not exceed 2.5 mm.
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The accelerated cooling process of a thin metal strip, which is the subject of the present invention, is therefore essentially characterized in that a cooling fluid is sprayed on a single face of said strip, said fluid being consisting of a homogeneous mist of water suspended in air by means of suitable nozzles, in that one ensures a continuous contact between the watered area of said face and the coolant and in that the 'We delimit precisely the extent of said watered area.
In the following description, reference will be made to the very frequent case where the strip passes horizontally through the cooling zone, for example at the outlet of a heat treatment oven. It goes without saying that this particular reference in no way reduces the general nature of the process of the present invention, which can therefore be applied with equal efficiency, whatever the orientation of the strip.
Considering the case where the strip is horizontal or substantially horizontal, it has been found to be particularly advantageous to project said coolant fluid only on the underside of the strip.
According to a particular implementation of the method of the invention, the watered area is defined by giving the cooling fluid projected onto the strip, at least in the regions close to the limits of said watered area, a movement component opposing the flow of said fluid towards the outside of this watered area.
According to a first variant of this implementation, the cooling fluid is given the said movement component by appropriately orienting the spray nozzles, at least in the vicinity of the limits of the said sprinkled zone.
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According to another variant of this implementation, the cooling fluid is given the said movement component by deflecting the said cooling fluid, for example by means of suitable deflectors arranged in the vicinity of the limits of the said sprinkled zone.
Still according to the invention, it is also possible to use pressurized air or vapor screens to prevent any residual flow of fluid towards the outside of the sprayed area.
The present invention also relates to a device for the accelerated cooling of a thin metal strip according to the method which has just been described.
The device which is the subject of the present invention is essentially characterized in that it comprises one or more cooling ramps arranged on the same side of the strip to be treated, in that said cooling ramps are equipped with sprinklers providing them with a specific cooling power of up to 8 MW / m2 and which can vary in a ratio of 1 to 40 and in that it includes means for precisely delimiting the extent of the area sprayed on the strip.
According to a particular embodiment of the device of the invention, at least the nozzles located in the vicinity of the limits of the sprinkled zone are oriented so as to give the coolant a movement component opposing the flow of the fluid to the outside of the watered area.
According to another embodiment, the device of the invention comprises deflectors arranged at the upstream and / or downstream limits of the sprinkled zone and profiled so as to give the cooling fluid the desired movement component to the
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vicinity of these limits.
These same deflectors, or additional deflectors, and in particular the downstream deflector, can, also according to the invention, be arranged in the immediate vicinity of the strip, so as to collect and. deflecting the coolant entrained by the moving band.
Still according to the invention, the device can also include means for establishing pressurized air or vapor screens upstream and / or downstream of the watered area, in order to prevent any residual flow of fluid. towards the outside of this watered area.
Also according to the invention, the device is equipped with means for preventing the passage of fluid from the sprinkled face to the non-sprinkled face of the strip, in particular by the lateral edges of the latter.
For example, the method of the invention was applied to ferritic stainless steel strips of variable thickness and width between 1000 mm and 1300 mm. This application is illustrated in the appended figure. The thin strip 1 runs horizontally across the watering area of length L = 1 m.
Its temperature is 7000C at the entrance and around 4000C at the exit of this area. Two cooling ramps 2 and 3 are located under the strip. They have a length 1 = 0.2 m; they are inclined at an angle to 200 and their midpoint is located at a distance H = 0.2 m from the strip. The strip moved in the direction of the arrow, with a speed varying, depending on its thickness, as follows:
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EMI6.1
<tb>
<tb> thickness <SEP> of <SEP> the <SEP> strip <SEP> speed <SEP> of <SEP> the <SEP> strip
<tb> (mm) <SEP> (m / min.) <SEP>
<tb> 1,4 <SEP> 22
<tb> 1.7 <SEP> 18
<tb> 2.4 <SEP> 13
<tb>
The cooling mist was obtained from water at a pressure of 0.5 bar sprayed with compressed air at 2 bar.
The strips cooled by this process exhibited excellent longitudinal and transverse flatness, and had no surface defects, in particular not the slightest worm.
It is thus confirmed that the method of the invention makes it possible to ensure the accelerated cooling of a thin metal strip by projection of the cooling fluid on one side.
It should also be emphasized that this process is not limited to ferritic stainless steel to which the above example is devoted, but that it applies with similar success to other types of steel, in particular mild steel and austenitic stainless steel.