EP0232241B1 - Installation pour le traitement thermique en continu de fil-machine - Google Patents

Installation pour le traitement thermique en continu de fil-machine Download PDF

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EP0232241B1
EP0232241B1 EP87870006A EP87870006A EP0232241B1 EP 0232241 B1 EP0232241 B1 EP 0232241B1 EP 87870006 A EP87870006 A EP 87870006A EP 87870006 A EP87870006 A EP 87870006A EP 0232241 B1 EP0232241 B1 EP 0232241B1
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EP
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conveyor
wire rod
aqueous bath
tank
wire
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Paul Bercy
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Usines Gustave Boel SA
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Usines Gustave Boel SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling
    • C21D9/5732—Continuous furnaces for strip or wire with cooling of wires; of rods

Definitions

  • the present invention relates to an installation for the continuous heat treatment of wire rod.
  • the wire rod is a semi-finished product in hot-rolled steel whose possibilities of use are multiple.
  • the mechanical properties required of the wire rod differ according to the field of application envisaged.
  • the wire rod is divided into hard wire and soft wire. This distinction is based both on the carbon content of the steel and on the value of its breaking strength.
  • Soft yarns are often considered to have a carbon content of less than 0.4%, and preferably less than 0.15% and a breaking strength as low as possible, for example less than about 400 MPa, while hard wires contain at least 0.4% carbon and have as high a breaking strength as possible.
  • the breaking strength of the wire rod depends to a large extent on the cooling applied to the wire.
  • the hard wire must undergo at least 90% of its allotropic transformation ⁇ -while it is immersed in the hot water bath. This means that it must enter the bath with its warmest part (center) at at least 720 ° C and come out of this bath with its warmest part (strands) at around 500 ° C.
  • the soft wire must undergo at least 80%, and preferably at least 95% of its allotropic transformation ⁇ ⁇ ⁇ before entering the hot water bath.
  • its hottest part strands
  • the temperature of its coldest part will preferably be at least 520 ° C; this temperature must be sufficient to guarantee compliance with a temperature of at least 475 ° C for reforming the coils. In the latter case, cooling in a hot water bath has no metallurgical effect; it essentially reduces the cooling time.
  • the present invention relates to a processing installation of the convertible type.
  • Known installations of this type usually include a fixed aqueous bath, an outlet conveyor located downstream of the aqueous bath, as well as an inlet conveyor located upstream of the aqueous bath.
  • This inlet conveyor is dimensioned so as to allow the cooling of the soft wire before it enters the bath.
  • the great length of this inlet conveyor makes it difficult, in the case of the hard wire, to maintain a sufficient temperature until the wire enters the bath.
  • the present invention aims to provide a compact installation usable, without significant transformation, for the continuous heat treatment of soft wire as hard wire.
  • the installation for the continuous heat treatment of wire rod which is the subject of the present invention, is essentially characterized in that it comprises a tank containing an aqueous bath maintained at a temperature equal to or higher than 75 ° C; at least one inlet conveyor having an emerged part and a part immersed in the aqueous bath, and at least one outlet conveyor having a part immersed in the aqueous bath and an emerged part, in that the inlet conveyor is stepped so as to present several bearings inside said tank and in that the tank is equipped with means making it possible to vary the level of the aqueous bath in the tank so as to immerse, as desired, one or more bearings of said conveyor d 'Entrance.
  • At least one of the bearings of said input conveyor has a downward inclination, in the direction of movement of the wire rod, which can reach 3 ° relative to the horizontal. .
  • the successive bearings of said input conveyor are connected to each other by sections of conveyor inclined downward, in the direction of movement of the wire rod, at an angle p which can reach 10 ° from the horizontal.
  • the maximum length of the sum of the submerged parts of the inlet conveyor and the outlet conveyor is determined as a function of the maximum duration of the cooling applied to the hard wire in the aqueous bath.
  • the minimum length of the sum of the submerged parts of the inlet conveyor and the outlet conveyor is determined as a function of the minimum duration of the cooling applied to the soft wire in the aqueous bath.
  • the outlet conveyor has an inclination y upwards, in the direction of movement of the wire rod, of at least 3 ° relative to the horizontal.
  • the maximum length of the emerged part of the outlet conveyor is terminated in such a way that the soft wire leaving this conveyor is substantially at its reformation temperature of the coils.
  • This figure schematically shows the longitudinal profile of a conveyor installation according to the invention, allowing continuous heat treatment of hard wire and soft wire.
  • a tank containing an aqueous bath 2 maintained substantially at its boiling temperature In this tank, are arranged on the one hand a stepped inlet conveyor represented schematically by the bearings 3, 5, 7 and the inclined sections 4, 6 and on the other hand an outlet conveyor 8.
  • the upper bearings 3 and lower 7 are horizontal, while the intermediate bearing 5 is inclined to the horizontal by an angle a, which is for example 1 ° 20 '.
  • the conveyor 8 is inclined at an angle y equal to for example 5 ° .
  • the level of the aqueous bath in the tank is adjustable by means not shown, between a minimum level H m i n and the maximum level H max. These two extreme levels respectively determine the minimum length L m in and the maximum length Lmax of the horizontal projection of the sum of the submerged parts of the inlet and outlet conveyors.
  • the wire rod is deposited in coils spread by means of a device known per se and not shown, on the upper bearing 3 of the input conveyor. It successively traverses the inclined section 4, the intermediate bearing 5, the inclined section 6, the lower bearing 7, then the outlet conveyor 8, at the end of which it is delivered in the form of coils by means of an appropriate device, not shown ...
  • an extra mild steel wire 5.5 mm in diameter is deposited at 890 ° C on the conveyor 3. So that its temperature is at most 770 ° C when it enters the bath, the wire must be cooled at least 120 ° C on the edges. With a cooling device producing a temperature drop of 0.7 ° C / s, the minimum cooling time required is 170 s. In a manner known per se, the cooling rate can be modified by means of insulating covers placed above the conveyor. If we consider an emerging conveyor speed of 0.12 m / s, the length of the emerged conveyor will reach 20 m. The wire can then be cooled to 600 ° C in the aqueous bath set to its minimum level.
  • the length of time the wire stays in the bath is approximately 9 s and the length of the submerged conveyor is substantially equal to 3 m.
  • the emerged part of the output conveyor then provides cooling to the reformation temperature of the coils of 475 ° C; with a speed of 0.7 m / s and a temperature drop of 5 ° C / s, this emerged part must have a length of 17.5 m.
  • the level of the aqueous bath is raised up to the vicinity of its maximum value.
  • the aqueous bath then covers the lower bearing 7, the inclined section 6, the intermediate bearing 5 and a portion of the inclined section 4 of the inlet conveyor, as well as a large portion of the outlet conveyor 8.
  • a hard wire 5.5 mm in diameter is deposited at a temperature of 880 ° C, on the upper bearing 3 where it moves at a speed of 0.9 m / s.
  • the aqueous bath is adjusted in the vicinity of its maximum level, so that only the upper bearing 3 and the upper portion of the inclined section emerge 4.
  • the cooling of the hard wire on the emerged part of the inlet conveyor can be slowed down by means of insulating covers placed above this conveyor.
  • the emerged part of the input conveyor has a length of 12.5 m, and the wire rod travels there in about 14 s.
  • the temperature of the wire in the center of the conveyor is 725 ° C when it enters the adjusted bath near its maximum level.
  • a stepped inlet conveyor in accordance with the invention makes it possible to significantly reduce the length of this inlet conveyor.
  • this length is reduced to 12.5 m, which represents a reduction of 2.5 m compared to the usual lengths which are of the order of 15 m.
  • the installation which is the subject of the present invention makes it possible to treat, as necessary, soft wire or hard wire, thanks to the particular trajectory of the input conveyor.

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Description

  • La présente invention concerne une installation pour le traitement thermique en continu de fil-machine.
  • On sait que le fil-machine est un demi-produit en acier laminé à chaud dont les possibilités d'utilisation sont multiples. Les propriétés mécaniques que l'on exige du fil-machine diffèrent selon le domaine d'application envisagé. A cet égard, on subdivise le fil-machine en fil dur et en fil doux. Cette distinction est basée à la fois sur la teneur en carbone de l'acier et sur la valeur de sa résistance à la rupture. On considère souvent que les fils doux ont une teneur en carbone inférieure à 0,4 %, et de préférence inférieure à 0,1 5 % et une résistance à la rupture aussi basse que possible, par exemple inférieure à environ 400 MPa, tandis que les fils durs contiennent au moins 0,4 % de carbone et présentent une résistance à la rupture aussi élevée que possible. La résistance à la rupture du fil-machine dépend, dans une large mesure, du refroidissement appliqué à ce fil.
  • On connaît aujourd'hui divers traitements de refroidissement du fil-machine par immersion dans un bain d'eau à au moins 75°C, appliqués immédiatement à la sortie du laminoir à chaud et destinés soit au fil doux soit au fil dur. Dans ces procédés, le fil-machine est habituellement déposé en spires non jointives étalées sur un convoyeur. Dans une section transversale de ce convoyeur, la distribution de la température dans la nappe de spires n'est pas uniforme. En raison de la différence de masse métallique entre le centre et les rives, le centre de la nappe est forcément moins chaud que les rives qui sont constituées par des sortes de tresses de fil.
  • Il n'était pas sans intérêt de rappeler les points bien connus qui prédèdent, car ils influencent la conduite des procédés de traitement du fil-machine.
  • On sait par exemple que pour acquérir les propriétés de résistance requises, le fil dur doit subir au moins 90 % de sa transformation allotropique γ-ce pendant qu'il est plongé dans le bain d'eau chaude. Cela signifie qu'il doit pénétrer dans le bain avec sa partie la moins chaude (centre) à au moins 720°C et sortir de ce bain avec sa partie la plus chaude (rives) à environ 500°C.
  • Au contraire, le fil doux doit subir au moins 80 %, et de préférence au moins 95 % de sa transformation allotropique γ→α avant de pénétrer dans le bain d'eau chaude. Lorsque le fil pénètre dans le bain aqueux, sa partie la plus chaude (rives) doit donc se trouver à une température telle que la transformation allotropique soit sensiblement terminée dans tout le fil. En outre, lorsque le fil sort du bain aqueux, la température de sa partie la plus froide (centre) sera de préférence d'au moins 520°C; cette température doit être suffisante pour garantir le respect d'une température d'au moins 475°C pour reformer les bobines. Dans ce dernier cas, le refroidissement en bain d'eau chaude n'entraîne aucun effet métallurgique; il permet essentiellement de réduire la durée du refroidissement.
  • La mise en oeuvre de ces traitements différents impose l'utilisation d'installations appropriées pour le fil doux et pour le fil dur, soit sous la forme d'installations distinctes soit sous la forme d'une seule installation convertible.
  • La présente invention porte sur une installation de traitement du type convertible.
  • Les installations connues de ce type comprennent habituellement un bain aqueux fixe, un convoyeur de sortie situé en aval du bain aqueux, ainsi qu'un convoyeur d'entrée situé en amont du bain aqueux. Ce convoyeur d'entrée est dimensionné de façon à permettre le refroidissement du fil doux avant son entrée dans le bain. La grande longueur de ce convoyeur d'entrée rend difficile, dans le cas du fil dur, le maintien d'une température suffisante jusqu'à l'entrée du fil dans le bain.
  • L'espace occupé par l'installation doit cependant tenir compte de la plus grande longueur de convoyeur d'entrée nécessaire.
  • La présente invention a pour objectif de proposer une installation compacte utilisable, sans transformation importante,pour le traitement thermique en continu du fil doux comme du fil dur.
  • A cet effet, l'installation pour le traitement thermique en continu de fil-machine qui fait l'objet de la présente invention, est essentiellement caractérisée en ce qu'elle comporte une cuve contenant un bain aqueux maintenu à une température égale ou supérieure à 75°C; au moins un convoyeur d'entrée présentant une partie émergée et une partie immergée dans le bain aqueux, et au moins un convoyeur de sortie présentant une partie immergée dans le bain aqueux et une partie émergée, en ce que le convoyeur d'entrée est étagé de façon à présenter plusieurs paliers à l'intérieur de la dite cuve et en ce que la cuve est équipée de moyens permettant de faire varier le niveau du bain aqueux dans la cuve de façon à immerger au choix un ou plusieurs paliers du dit convoyeur d'entrée.
  • Selon une mise en oeuvre particulière de l'invention, au moins un des paliers du dit convoyeur d'entrée présente une inclinaison a vers le bas, dans le sens du déplacement du fil-machine, pouvant atteindre 3° par rapport à l'horizontale.
  • Egalement selon l'invention, les paliers successifs du dit convoyeur d'entrée sont reliés l'un à l'autre par des tronçons de convoyeur inclinés vers le bas, dans le sens du déplacement du fil-machine, d'un angle p qui peut atteindre 10° par rapport à l'horizontale.
  • Toujours selon l'invention, la longueur maximum de la somme des parties immergées du convoyeur d'entrée et du convoyeur de sortie est déterminée en fonction de la durée maximum du refroidissement appliqué au fil dur dans le bain aqueux.
  • Encore selon l'invention, la longueur minimum de la somme des parties immergées du convoyeur d'entrée et du convoyeur de sortie est déterminée en fonction de la durée minimum du refroidissement appliqué au fil doux dans le bain aqueux.
  • Selon une autre particularité de l'invention, le convoyeur de sortie présente une inclinaison y vers le haut, dans le sens du déplacement du fil-machine, d'au moins 3° par rapport à l'horizontale.
  • Conformément à l'invention, la longueur maximum de la partie émergée du convoyeur de sortie est déterminée de telle façon que le fil doux quittant ce convoyeur se trouve sensiblement à sa température de reformation des bobines.
  • Il va de soi que la détermination des diverses longueurs de convoyeur mentionnées dans les paragraphes qui précèdent, sera effectuée en tenant compte notamment de la vitesse de déplacement du fil-machine sur le convoyeur considéré.
  • L'invention sera décrite en détail à l'aide d'un exemple de réalisation illustré par la figure annexée.
  • Cette figure montre schématiquement le profil longitudinal d'une installation de convoyeurs conforme à l'invention, pemettant le traitement thermique en continu de fil dur et de fil doux.
  • Dans cette figure, on a représenté en 1 une cuve contenant un bain aqueux 2 maintenu sensiblement à sa température d'ébullition. Dans cette cuve, sont disposés d'une part un convoyeur d'entrée étagé représenté schématiquement par les paliers 3, 5, 7 et les tronçons inclinés 4, 6 et d'autre part un convoyeur de sortie 8. Les paliers supérieur 3 et inférieur 7 sont horizontaux, tandis que le palier intermédiaire 5 est incliné sur l'horizontale d'un angle a, qui vaut par exemple 1° 20'. Les tronçons 4 et 6 sont respectivement inclinés d'un angle pi et p2, valant par exemple pi = 7° et g2 = 5°, tandis que le convoyeur 8 est incliné d'un angle y valant par exemple 5°. Le niveau du bain aqueux dans la cuve est réglable, par des moyens non représentés, entre un niveau minimum Hmin et un niveau maximum Hmax. Ces deux niveaux extrêmes déterminent respectivement la longueur minimum Lmin et la longueur maximum Lmax de la projection horizontale de la somme des parties immergées des convoyeurs d'entrée et de sortie.
  • Dans cette installation, le fil-machine est déposé en spires étalées au moyen d'un dispositif connu en soi et non représenté, sur le palier supérieur 3 du convoyeur d'entrée. Il parcourt successivement le tronçon incliné 4, le palier intermédiaire 5, le tronçon incliné 6, le palier inférieur 7, puis le convoyeur de sortie 8, à l'extrémité duquel il est remis sous forme de bobines au moyen d'un dispositif approprié, non représenté...
  • Lorsque l'on veut traiter du fil doux, on règle le niveau au voisinage de sa valeur minimum, de façon à laisser émerger une longueur de convoyeur comprenant les tronçons 3, 4, 5 et une portion du tronçon 6 suffisante pour assurer au moins 80 % de la transformation allotropique du fil. La température en tout point du fil-machine doit donc être inférieure à 770°C à son entrée dans le bain aqueux.
  • Par exemple, un fil d'acier extra-doux de 5,5 mm de diamètre, est déposé à 890°C sur le convoyeur 3. Pour que sa température soit au maximum de 770°C lorsqu'il pénètre dans le bain, le fil doit être refroidi d'au moins 120°C en rives. Avec un dispositif de refroidissement produisant une chute de température de 0,7°C/s, la durée minimum de refroidissement requise est de 170 s. De façon connue en soi, la vitesse de refroidissement peut être modifiée au moyen de couvercles isolants diposés au-dessus du convoyeur. Si l'on considère une vitesse de convoyeur émergé de 0,12 m/s, la longueur du convoyeur émergé atteindra 20 m. Le fil peut ensuite être refroidi à 600°C dans le bain aqueux réglé à son niveau minimum. Avec des conditions usuelles de vitesse du convoyeur immergé (0,32 m/s) et de vitesse de refroidissement de l'ordre de 20°C/s, la durée de séjour du fil dans le bain est d'environ 9s et la longueur du convoyeur immergé est sensiblement égale à 3 m. La partie émergée du convoyeur de sortie assure alors le refroidissement jusqu'à la température de reformation des bobines de 475°C; avec une vitesse de 0,7 m/s et une chute de température de 5°C/s, cette partie émergée doit avoir une longueur de 17,5 m.
  • Pour traiter du fil dur, au contraire, le niveau du bain aqueux est relevé jusqu'au voisinage de sa valeur maximum. Le bain aqueux couvre alors le palier inférieur 7, le tronçon incliné 6, le palier intermédiaire 5 et une portion du tronçon incliné 4 du convoyeur d'entrée, ainsi qu'une portion importante du convoyeur de sortie 8.
  • A titre d'exemple, un fil dur de 5,5 mm de diamètre est déposé à une température de 880°C, sur le palier supérieur 3 où il se déplace à une vitesse de 0,9 m/s. Le bain aqueux est réglé au voisinage de son niveau maximum, de sorte que seuls émergent le palier supérieur 3 et la portion supérieure du tronçon incliné 4. De façon connue en soi, le refroidissement du fil dur sur la partie émergée du convoyeur d'entrée peut être ralenti au moyen de couvercles isolants placés au-dessus de ce convoyeur. Dans le présent exemple, la partie émergée du convoyeur d'entrée a une longueur de 12,5 m, et le fil-machine lâ parcourt en 14 s environ. La température du fil au centre du convoyeur est de 725°C à son entrée dans le bain réglé au voisinage de son niveau maximum. A cette température centrale de 725°C correspond une température de 770°C en rives, et le refroidissement dans le bain aqueux abaisse cette température de rives à 500°C maximum. Pour une vitesse de convoyeur de 0,9 m/s et une vitesse de refroidissement du fil dans le bain aqueux de 16°C/s, la longueur Lmax doit être approximativement égale à 15m.
  • L'installation d'un convoyeur d'entrée étagé conformément à l'invention permet de réduire sensiblement la longueur de ce convoyeur d'entrée. Dans l'exemple ci-dessus, cette longueur est ramenée à 12,5 m, ce qui représente une réduction de 2,5 m par rapport aux longueurs habituelles qui sont de l'ordre de 15 m. Il en résulte une diminution appréciable de l'espace nécessaire, ainsi qu'un raccourcissement du trajet du fil dur avant son entrée dans le bain aqueux. Du point de vue métallurgique, cette réduction de longueur accroît les possibilités de réglage de la température de dépose et du refroidissement du fil dur sur le convoyeur et ainsi permet de réguler la formation de calamine.
  • Le passage d'un niveau à un autre est réalisé aisément par tout moyen connu en soi, en particulier par des vannes "tout ou rien" assurant une arrivée et une évacuation rapides de l'eau chaude.
  • L'installation qui fait l'objet de la présente invention permet de traiter, selon les besoins, du fil doux ou du fil dur, grâce à la trajectoire particulière du convoyeur d'entrée.
  • L'invention n'est bien entendu pas limitée à l'exemple de réalisation qui a été décrit ci-dessus; elle s'étend au contraire à toute variante entrant dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (7)

1. Installation pour le traitement thermique en continu de fil-machine, caractérisée en ce qu'elle comporte une cuve contenant un bain aqueux maintenu à une température égale ou supérieure à 75°C, au moins un convoyeur d'entrée présentant une partie émergée et une partie immergée dans le bain aqueux et au moins au convoyeur de sortie présentant une partie immergée dans le bain aqueux et une partie émergée, en ce que le convoyeur d'entrée est étagé de façon à présenter plusieurs paliers à l'intérieur de la dite cuve et en ce que la cuve est équipée de moyens permettant de faire varier le niveau du bain aqueux dans la cuve de façon à immerger au choix un ou plusieurs paliers du dit convoyeur d'entrée.
2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un des paliers du dit convoyeur d'entrée présente une inclinaison a vers le bas, dans le sens du déplacement du fil-machine, pouvant atteindre 3° par rapport à l'horizontale.
3. Installation suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les paliers successifs du dit convoyeur d'entrée sont reliés l'un à l'autre par des tronçons de convoyeur inclinés vers le bas, dans le sens du déplacement du fil-machine, d'un angle qui peut atteindre 10° par rapport à l'horizontale.
4. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la longueur maximum de la somme des parties immergées du convoyeur d'entrée et du convoyeur de sortie est déterminée en fonction de la durée maximum du refroidissement appliqué au fil dur dans le bain aqueux.
5. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la longueur minimum de la somme des parties immergées du convoyeur d'entrée et du convoyeur de sortie est déterminée en fonction de la durée minimum du refroidissement appliqué au fil doux dans le bain aqueux.
6. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le convoyeur de sortie présente une inclinaison y vers le haut, dans le sens du déplacement du fil, d'au moins 3° par rapport à l'horizontale.
7. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la longueur maximum de la partie émergée du convoyeur de sortie est déterminée de telle façon que le fil doux quittant ce convoyeur se trouve sensiblement à sa température de reformation des bobines.
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BE6/48182A BE904073A (fr) 1986-01-21 1986-01-21 Installation pour le traitement thermique en continu de fil-machine

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EP (1) EP0232241B1 (fr)
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AT (1) ATE47888T1 (fr)
BE (1) BE904073A (fr)
DE (1) DE3760961D1 (fr)
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