FR2658276A3 - Dispositif de rechauffage localise de produits metallurgiques en defilement. - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet un dispositif de réchauffage localisé de produits métallurgiques en défilement destiné à être implanté dans la sole d'un four de réchauffage desdits produits, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une résistance électrique chauffante (10) placée dans un logement (14) ménagé dans la sole, et une plaque protectrice (7) réalisée en un matériau conducteur de la chaleur résistant à l'oxydation, et en ce que ladite plaque obture ledit logement (14) à sa partie supérieure et présente une surface supérieure libre (18) non recouverte par la sole et disposée à faible distance ou au contact des parties du produit (1') qui doivent être réchauffées. Préférentiellement, la résistance (10) est tubulaire et en forme de U.

Description

DISPOSITIF DE RECHAUFFAGE LOCALISE
DE PRODUITS METALLURGIQUES EN DEFILEMENT
La présente invention a trait au réchauffage localisé de produits métallurgiques, notamment des brames, blooms et billettes d'acier, destinés au laminage et ayant préalablement été soumis à cet effet à un réchauffage non parfaitement homogène.

Avant leur laminage, il est en premier lieu nécessaire de porter les produits métallurgiques à une température adéquate, et en second lieu, souhaitable que cette température soit aussi uniforme que possible dans toute la masse de ce produit. Ce second objectif est particulièrement difficile à réaliser dans le cas de produits de taille importante tels que les brames. D'autre part, il revêt une importance particulière dans le cas des produits longs en acier à haut carbone destinés à la fabrication de fil carcasse pour pneumatiques, pour lesquels on vise une température de défournement à la fois homogène et élevée, de l'ordre de 11000C.

Dans les fours industriels à flamme habituels, destinés au réchauffage des produits avant laminage, qu'ils soient du type "poussant" (produits jointifs) ou à "longerons mobiles" (produits séparés), les produits se déplacent soit sur une sole, soit sur des organes de support disposés généralement parallèlement dans la direction du défilement des produits soit sur ces deux types de dispositif alternés ou conjoints. On rappelle que ces organes de support sont constitués, soit uniquement par des glissières fixes (fours poussants), soit par un groupe de barres fixes et un autre groupe de longerons mobiles, ces derniers assurant le déplacement des brames à l'intérieur du four (four à longerons).

A l'endroit du contact produit-organes de support, on constate habituellement la présence de parties plus froides que l'ensemble du produit et pouvant parfois traverser toute son épaisseur. Ces parties plus froides se manifestent superficiellement par une coloration plus foncée que le reste du produit. Pour cette raison, on les désigne généralement par le terme "traces noires". Un tel phénomène se présente en particulier dans les fours destinés au réchauffage des produits épais où le chauffage s'effectue non seulement par la voûte mais également par le fond, sous les produits. D'une part, il est nécessaire de refroidir intérieurement les organes de support et, d'autre part, l'endroit du contact produit-organes de support n'est pas directement exposé à la chaleur, qui se transmet en grande partie par rayonnement.

Dans le cas des produits longs pour fil carcasse, il est nécessaire de surchauffer l'ensemble du produit à laminer, pour que la température de laminabilité soit atteinte même au niveau des traces noires. Mais cela ne permet pas d'éviter la présence de gradients de température locaux suffisamment importants pour engendrer des défauts métallurgiques dans le produit, et conduire à des surépaisseurs lors du laminage ultérieur.

On peut tenter de les atténuer en agissant, au niveau du laminoir, sur les jets d'eau destinés à débarrasser les produits en défilement de leur calamine. L'effet de refroidissement qui en résulte peut être adapté en vue de l'atténuation des traces noires, par exemple en refroidissant l'ensemble du produit à l'exclusion de ces zones plus froides. Toutefois, on se rend rapidement compte que cette méthode, de mise en oeuvre peu commode, offre difficilement les résultats souhaités et, de ce fait, n'est guère utilisée.

Une solution pratiquée consiste à faire séjourner les produits réchauffés dans la partie terminale du four faiblement chauffée (zone dite d'égalisation thermique) de manière à permettre une meilleure répartition des températures dans toute la masse des produits.

Cependant, ce procédé est assez lent et l'homogénéisation n'est acquise qu'au détriment de la productivité ou de la taille de l'installation et au prix de dépenses énergétiques supplémentaires non négligeables, voire d'une dégradation de l'état de surface du produit.

Une autre solution, qui, à la connaissance des inventeurs, n'a pas encore reçu d'application industrielle, consiste à placer dans le convoyeur à rouleaux à la sortie du four, un ou plusieurs inducteurs à champ magnétique glissant destinés à chauffer localement les brames aux endroits des traces noires (brevet français FR 2372402). Cette technique de chauffage inductif, certainement très élégante en soi, repose cependant sur une marche discontinue des inducteurs, ce qui impose des phases d'arrêt au défilement des brames lorsque la trace noire se trouve au-dessus des inducteurs ainsi que la présence, en amont de l'inducteur, de moyens de détection du passage des traces noires.

Enfin, la demanderesse a proposé (brevet français FR 2568359) de loger, dans la sole de la zone d'égalisation thermique, des inducteurs à champ glissant de forme allongée, disposés dans le prolongement des organes supportant les produits métalliques dans la zone de chauffage du four. Ce dispositif procure un chauffage du produit localisé, limité aux zones affectées par les traces noires. Cependant, cette méthode s' avère relativement onéreuse, et un couplage optimal entre les inducteurs et le produit est difficile à obtenir.

Le but de l'invention est de proposer une méthode simple, fiable et efficace de chauffage localisé de produits métalliques, en particulier sidérurgiques.

A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de réchauffage localisé des produits métallurgiques en défilement destiné à être implanté dans la sole d'un four de réchauffage desdits produits caractérisé en ce qu'il comprend au moins une résistance électrique chauffante placée dans un logement ménagé dans la sole et une plaque protectrice réalisée en un matériau conducteur de la chaleur et résistant à l'oxydation, et en ce que ladite plaque obture ledit logement à sa partie supérieure et présente une surface supérieure libre non recouverte par la sole et disposée à faible distance ou au contact des parties du produit qui doivent être réchauffées.

Préférentiellement, cette résistance est tubulaire et en forme de U.

L'invention a également pour objet un four de réchauffage de produits métallurgiques, du type comportant une zone dans laquelle lesdits produits progressent en reposant sur une sole continue, caractérisé en ce qu'il comprend au moins localement des dispositifs de réchauffage localisé des produits du type précédemment décrit implantés dans ladite sole.

Comme on l'aura compris, dans la forme de réalisation préférée du four selon l'invention, des résistances sont disposées dans la sole de la deuxième zone du four, et permettent de réchauffer les parties du produit qui, au cours de son défilement dans la première zone du four1 ont été en contact avec les organes de support. Ce réchauffage est obtenu par l'intermédiaire des plaques de protection obturant chacun des logements des résistances dans la sole, et qui sont en contact avec le produit ou à son voisinage immédiat au droit des zones affectées par les traces noires.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures suivantes
- la figure I schématise, vu de dessus, un four de réchauffage de produits sidérurgiques divisé en deux zones, dont la première com porte des glissières sur lesquelles progressent les produits, et la deuxième une sole continue sur laquelle reposent les produits pendant leur défilement
- la figure 2 représente en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 la sole de la deuxième zone du four précédent, montrant en particulier l'implantation des résistances chauffantes.

Le four de réchauffage de produits sidérurgiques représenté schématiquement sur la figure 1 est divisé en deux zones (A) et (B), que les produits 1, 1' traversent successivement au cours de leur progression symbolisée par des flèches. Les produits représentés ici sont des produits longs (blooms ou billettes), mais pourraient tout aussi bien être des produits plats (brames). La zone (A) constitue une zone de chauffage ou de préchauffage des produits, dans laquelle on expose directement à la chaleur à la fois leur face supérieure et leur face inférieure. Pour ce faire, les produits reposent sur des glissières 2, 2', 2" surélevées par rapport à la sole 3 du four. Ces glissières sont orientées sensiblement perpendiculairement aux axes des produits et sensiblement parallèlement à leur direction de progression.Seules trois glissières sont représentées, mais leur nombre peut , bien entendu, être différent. De même, un seul produit 1 y est représenté~ mais plusieurs produits peuvent séjourner simultanément dans la zone (A). Si le four est du type classique dit "four poussant", les produits sont jointifs et progressent grâce à une poussée exercée sur l'un deux. Le four peut également être du type "à longerons mobiles", auquel cas les produits sont séparés les uns des autres, et leur progression s'effectue pas à pas au moyens d'organes agissant séparément sur chaque produit, de façon connue. Dans tous les cas, la progression du produit 1 sur les glissières 2, 21, 2" génère sur sa face inférieure des "traces noires", selon le mécanisme décrit précédemment.

Dans la zone (B), le produit 1' ne repose plus sur des glissières, mais sur une sole plane continue 4. Le four y est équipé d'une voûte radiante permettant d'assurer l'une des deux fonctions suivantes, ou les deux successivement
- procurer un réchauffage supplémentaire aux produits dans leur ensemble
- n'apporter aux produits qu'une quantité de chaleur suffisante pour maintenir à peu près constante leur température superficielle ou moyenne, la fonction de cette zone du four (dite zone d'égalisation thermique) étant alors de laisser le temps à la stratification thermique à l'intérieur des produits de s'atténuer.

Classiquement, la sole 4 est revêtue sur sa partie supérieure par un matériau réfractaire 5 dense présentant un bon pouvoir isolant et une excellente résistance à l'abrasion, tel que le
Cette sole est à une température suffisante pour que l'équilibre thermique entre elle et les produits soit réalisé, et les produits ne se refroidissent en principe pas à son contact. Dans le prolongement de chacune des glissières 2, 2', 2" de la zone (A) est implanté un dispositif de réchauffage localisé des produits selon l'invention. A cet effet des saignées 6 sont pratiquées dans la sole, sur toute sa hauteur.Un tel dispositif de chauffage comprend les éléments superposés suivants, disposés à l'intérieur d'une desdites saignées 6, depuis la surface jusqu'au fond de la sole, comme le montre la figure 2
- une plaque en matériau réfractaire de bonne conductibilité thermique 7, 7', 7" dont la face supérieure 18 affleure celle de la couche supérieure des réfractaires de sole, et dont la face inférieure comporte un évidement 8
= une plaque réfractaire 9 coopérant avec l'évidement 8 de la plaque 7 de manière à définir un logement 14 dans lequel est logée une résistance chauffante 10, 10', 10"
- une masse réfractaire 11 à fort pouvoir isolant.

La saignée 6 est obturée à sa partie inférieure par une plaque métallique amovible 12,-fixée sur des fers U 13, 13' solidaires de la plaque 16 supportant la couche réfractaire inférieure 17 de la sole.

Celle-ci est classiquement en briques d'alumine. On peut ainsi démonter les éléments précédents sans qu'il soit nécessaire de pénétrer dans le four.

La partie essentielle et active du dispositif est la résistance chauffante 10, 10', 10". Pour être capable d'effacer les traces noires sur les produits, il est nécessaire qu'elle puisse être portée sans dommages et d'une façon permanente à une température de 11500C au moins et préférentiellement 14000C. Parmi les matériaux permettant d'atteindre cet objectif, on peut citer l'inconel 601, qui se caractérise par son coût relativement faible pour une température d'utilisation inférieure à 12500C. On peut aussi utiliser du métal fritté, composé de fer, d'aluminium et de chrome, permettant des fonctionnements continus à 14000C. Avantageusement, la résistance lO, 10', 10" possède une structure tubulaire, de manière à offrir une surface d'échange maximale, pour une section de passage du courant électrique minimale.Cette dernière caractéristique procure une résistance électrique élevée. A puissance dissipée égale, l'intensité du courant à imposer est donc moindre que dans le cas d'une résistance pleine.

La plaque réfractaire 9, dont la présence n'est pas obligatoire, sert de support à la résistance 10. Elle est, par exemple, en alumine.

Elle forme avec la masse réfractaire 11, qui est préférentiellement de structure fibreuse, un ensemble isolant qui s'oppose autant que possible au transfert de la chaleur dégagée par la résistance vers la partie inférieure du four. L'essentiel du flux thermique est donc dirigé vers la plaque réfractaire 7,7',7" de bonne conductibilité thermique. Celle-ci a pour rôles de protéger la résistance l0,lO',lO" et de transmettre par sa face supérieure 18 la chaleur dégagée par la résistance aux produits métalliques, tels que la billette 1', qui reposent sur la sole 4 du four. Le matériau de la plaque protectrice 7,7',7" doit donc supporter les températures élevées mises en jeu sans déformation et altérations chimiques excessives, particulièrement en milieu oxydant, et avoir une excellente diffusivité thermique.Le carbure de silicium et l'UMCO 50 @ (alliage comprenant 50 % de cobalt, 37 % de chrome et 13 % de fer) sont bien adaptés à cet usage. Le logement 14 défini par la plaque protectrice 7 et la plaque réfractaire 9 doit être de taille réduite pour que la transmission de la chaleur dégagée par la résistance s'effectue avec un bon rendement.

Mais cependant il doit être aussi suffisamment vaste pour prévenir tout contact entre la résistance 10 et la plaque protectrice 7, qui pourrait provoquer un court-circuit. Dans la pratique, la résistance 10 et la plaque protectrice 7 doivent être séparées d'environ 5 cm.

De préférence, chaque résistance comporte sa propre alimentation électrique et son propre système de régulation, non représentés sur les figures. On peut ainsi adapter au mieux la quantité de chaleur communiquée aux produits, de manière à pallier une éventuelle inhomogénéité des conditions de réchauffement des produits et de formation des traces noires selon la largeur du four.

Les résistances 10, 10', 10" peuvent avoir la forme de simples barreaux rectilignes. Mais il est plus judicieux de les cintrer en forme de U, de manière à rapprocher l'une de l'autre leurs deux bornes de connexion électrique. Si on ne souhaite ou ne peut cintrer le tube, on peut tout simplement remplacer le cintrage par un soudage profond de deux tubes parallèles selon l'écartement voulu sur une plaque épaisse d'inconel 601. Cela permet de réduire à une très faible valeur la longueur des conducteurs reliant ces bornes à l'alimentation électrique, si celle-ci est disposée à faible distance des extrémités des branches du U.Dans ces conditions, il est conseillé de prévoir sur la plaque protectrice 7,7',7" une protubérance 15,15',15" formant une cloison divisant sur la plus grande partie de sa longueur le logement 14 en deux compartiments, contenant chacun l'une des deux branches du U formé par la résistance. Cette protubérance 15,15',15" capte la partie du rayonnement émise par les branches vers l'intérieur du U. Sans cela, cette partie du rayonnement serait captée essentiellement par la résistance elle-même et non par la plaque protectrice 7,7',7". Sa transmission au produit 1' ne serait donc pas assurée de façon optimale.

La largeur des plaques protectrices 7,7',7" est de l'ordre de grandeur de celle des traces noires à éliminer, qui est elle-même sensiblement égale à celle des glissières 2,2',2". La ~longueur des plaques 7,7',7" et de chacune des branches des résistances 10,10',10" doit etre calculée de manière que, compte tenu de la valeur du déficit thermique à compenser sur les produits, de l'énergie dissipée par les résistances, du rendement énergétique de sa transmission au produit et de la vitesse de progression du produit dans le four, les traces noires soient déjà éliminées lorsque les produits parviennent au delà des extrémités des plaques protectrices 7,7',7".

A titre d'exemple, un four industriel du type poussant prévu pour le réchauffage de billettes d'acier de 120 mm de côté et 12 m de long comportant dans sa zone (A) 6 glissières a été équipé d'un ensemble de 6 dispositifs de réchauffage localisé du type qui vient d'etre décrit et représenté, placés en zone (B) dans le prolongement des glissières. Les résistances en inconel 601 en forme de U ont un diamètre extérieur de 60 mm, une épaisseur de tube de 3 mm, et chaque branche de U a une longueur de 2 m. Cette longueur est approximativement égale à celle des plaques réfractaires de protection mises bout à bout, elles-mêmes larges de 0,50 m et longues de 0,35 m. Les résis tances sont alimentées sous une intensité variant de 1500 à 3000 A et une différence de potentiel réglable de l'ordre de 10 à 20 V (correspondant au maximum à 5,5 V par mètre de longueur).Chacun de ces dispositifs permet d'apporter aux produits un flux thermique de 7,5 kW/m2, suffisant pour supprimer les traces noires sur le produit.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit et représenté. En particulier, les configurations de la résistance et de la plaque réfractaire de protection peuvent être différentes. On peut également prévoir d'installer plusieurs résistances dans un même dispositif unitaire.

Une autre configuration possible est de ne pas mettre la surface supérieure des plaques protectrices au même niveau que la surface de la sole, mais de la disposer en léger creux par rapport à la surface de la sole. La dénivellation peut atteindre quelques centimètres. Les produits reposent alors uniquement sur la sole, et la chaleur dégagée par les résistances leur est transmise par le rayonnement émis par les plaques protectrices, et non plus par conduction. Le rendement de cette transmission est moins bon que dans le cas des plaques affleurant la sole. Mais on évite ainsi le glissement du produit sur les plaques dont il est à craindre qu'il ne provoque une usure localisée des produits,si leur dureté superficielle est insuffisante.

On peut également ainsi compenser par avance l'usure différentielle entre les plaques et la sole. On a pu constater que le comblement de l'espace entre la plaque et le produit par de la calamine n'affectait pas les performances de l'installation. Inversement, si le problème de l'usure des produits ne se pose pas ou peut être négligé, la surface supérieure des plaques protectrices peut être en relief par rapport à la surface de la sole, dont l'usure par le frottement des produits est ainsi supprimée.

L'agencement de la partie en réfractaire de la sole du four n'est pas une caractéristique essentielle du dispositif et peut aussi être modifié. D'autre part, il est tout à fait concevable de construire un four ou une portion de four dont l'intégralité de la sole serait constituée par des plaques protectrices conduisant bien la chaleur surplombant des résistances, et permettant d'assurer un chauffage du produit par la sole en plus du chauffage classique par la voûte. Le chauffage procuré par chacune des résistances serait, de préférence, modulable de façon indépendante, ce qui permettrait de compenser les hétérogénéités éventuelles du réchauffage antérieur, telles que des traces noires dues à des glissières.

L'invention n'est pas limitée au réchauffage des produits sidérurgiques : elle peut être appliquée au réchauffage de tout produit métallurgique dans un four du type décrit.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1) Dispositif de réchauffage localisé de produits métallurgiques en défilement destiné à être implanté dans la sole d'un four de réchauffage desdits produits, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une résistance électrique chauffante (10,10',10") placée dans un logement (14) ménagé dans la sole, et une plaque protectrice (7,7',7") réalisée en un matériau conducteur de la chaleur et résistant à l'oxydation, et en ce que ladite plaque obture ledit logement (14) à sa partie supérieure, et présente une surface supérieure libre (18) non recouverte par la sole et disposée à faible distance ou au contact des parties du produit (1') qui doivent être réchauffées.

2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résistance électrique chauffante (10,10',10") est tubulaire.

3) Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la résistance électrique chauffante (10,10',10") est en forme de

U.

4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la paroi inférieure (8) de la plaque protectrice (7,7',7") comporte une protubérance (15) divisant le logement (14) d'accueil de la résistance en deux parties, dont chacune renferme une des branches da la résistance (10,10' ,10").

5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite plaque protectrice (7,7',7") est en carbure de silicium.

7) Four de réchauffage de produits métallurgiques, du type comportant une zone (B) dans laquelle lesdits produits (1') progressent en reposant sur une sole continue (4), caractérisé en ce qu'il comprend au moins localement des dispositifs de réchauffage localisé des produits du type selon la revendication 1 implantés dans ladite sole.