LU82575A1 - Installation de traitement thermique en continu de toles d'acier - Google Patents

Description

r , I *· 'L· Revendication de la priorité d ' une demande I ijf de brevet déposée en Belgique le 12.12.1979 sous le No 880.587 C 1997E/8006.

♦ CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM VOOR RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif - vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES# (Belgique) .

Installation de traitement thermique en continu de tôles d‘acier.

i > i ' j La présente invention est relative à une instal- i ...

lation de traitement thermique en continu de tôles en acier, ainsi qu’à un procédé de mise en oeuvre de la dite installation,en vue de produire notamment des tôles en acier pour emboutissage ou des i tôles en acier de résistance.

Le demandeur a déjà préconisé un procédé de traitement thermique en continu de tôles minces en acier comprenant une phase de refroidissement rapide par immersion dans un bain d‘ eau à une température supérieure à 75°C, suivie d'une phase de r—

Ce procédé présente l'avantage d'assurer une bonne homogénéité des propriétés de l’acier et.permet de fabriquer des tôles pour emboutissage et à moyenne résistance.

D'autre part, ce procédé permet de contrôler rigoureusement le refroidissement pratiqué et éventuellement de l’interrompre à la température de survieillissement, afin d'économiser l'énergie de réchauffage de la tôle jusqu'à la température de sur-• vieillissement.

En outre, la chaleur contenue dans la tôle est transformée en vapeur lors de l'immersion de cette tôle dans lé bain de refroidissement et cette vapeur est aisément réutilisable ou mieux, .la chaleur latente de cette vapeur peut être récupérée.

Par ailleurs, on a également proposé, suivant le ' brevet belge n° 835.666, un autre procédé de refroidissement ra pide sous jet d'eau qui permet de produire les memes qualités d' acier, mais sans récupération possible d'énergie et sans possibilité d'interrompre le refroidissement rapide à la température de survieillissement.

Toutefois, ce procédé permet de produire des aciers à très haute résistance avec un coût très faible en éléments d'alliage par refroidissement très rapide, jusqu'à la température ambiante.

La présente invention a pour objet une installation de traitement thermique permettant de produire toutes les qualités % d'acier citées ci-dessus, C'est-à-dire pour emboutissage, à moyenne et à très haute résistance,, en économisant un maximum d'énergie, soit par récupération, soit par réduction des frais de réchauffage.

L'installation, objet de la présente invention, f | comprenant : - une zone de chauffage à une température supérieure à la température de recristallisation, » ' .

- une zone de maintien à cette température pendant une durée supérieure à 30 secondes, - une zone de refroidissement rapide, t t 3 .- est essentiellement caractérisée en ce que la zone de refroidissement rapide comporte d'une part, des dispositifs permettant de projeter un fluide réfrigérant sur la surface de la tôle et d'autre part, une cuve pouvant contenir un bain aqueux à une température supérieure à 75°C.

Selon l'invention, la zone de refroidissement rapide peut être suivie d'une zone de survieillissement, elle-même suivie d'une zone de refroidissement final.

Selon une modalité particulièrement intéressante de l'invention, les dispositifs utilisés pour projeter le fluide réfrigérant sont aménagés pour projeter un liquide tel que de l'eau ou un fluide aqueux, qui peut se trouver à la température ambiante, ou être chaud, porté à l'ébullition ou même surchauffé.

En particulier, les dits dispositifs peuvent, selon l'invention, être des pulvérisateurs permettant de pulvériser ledit fluide réfrigérant.

Selon une autre modalité de l'invention, les dispositifs utilisés pour la projection du fluide réfrigérant sont conçus pour le soufflage d’un agent gazeux, tel que - de préférence - un gaz non oxydant ou neutre (azote...)? dans une version préférentielle de l’invention, les dits dispositifs sont en outre pourvus de moyens pour pulvériser, à l'aide du dit agent gazeux, un liquide tel que de l'eau et projeter ainsi un brouillard réfrigérant.

i

Toujours selon l'invention, les dits dispositifs peuvent être disposés de telle façon que le fluide réfrigérant projeté soit, après condensation éventuelle, récupéré dans la cuve contenant le bain aqueux à une température supérieure à 75°C.

* De même, et toujours en application de l'invention, l'installation comporte des moyens pour récupérer l'agent gazeux de pulvérisation, l'épurer, le comprimer à nouveau et le réintroduire dans les pulvérisateurs. »

Suivant une modalité de l'invention, la zone de refroidissement rapide comprend des moyens permettant de faire varier le niveau d'eau dans la cuve, de déplacer les rouleaux de renvoi 1 de la tôle et ainsi de modifier la longueur du parcours de la tôle •Ær * 4.- dans le bain aqueux à une température supérieure à 75°C, et/ou de modifier l'action des dispositifs de projection, de manière à ajuster la température de la bande à la sortie de cette zone.

Suivant une autre modalité de l'invention, la zone de refroidissement rapide est précédée d'une zone de refroidissement lent, par exemple à soufflage de gaz d'atmosphère.

La zone.de refroidissement final, suivant l'inven- * tion, comporte trois unités successives : la première comprend des moyens de soufflage de gaz d'atmosphère capable de refroidir la tôle jusqu'à une température inférieure à 350°C, la seconde com- * prend des moyens pour immerger la tôle dans un bain aqueux à une 'température supérieure à 75°C, ce bain ayant une composition apte à traiter la surface de l'acier, et la troisième comprend des moyens • pour refroidir la tôle.à l'eau froide, cette eau servant de préférence d'eau de rinçage.

La composition du bain apte à traiter la surface de l'acier répond aux conditions suivantes dans le cas d'un décapage :* solution d'au moins un acide organique dont on maintient le pH entre une valeur minimum de 1,5 et une valeur maximum de 4, et dont on maintient la température au-dessus d'une valeur minimum donnée par la formule : = 20 + (pH - 1,5) x 32, où pH est la valeur à laquelle est maintenu le pH de la solution de décapage et en outre, la dite solution contient du fer en quantité supérieure à 50 milligrammes par litre.

*

Suivant une autre modalité de l'invention, l'installation comprend un four à flammes nues, non oxydantes, de préférence vertical, destiné au chauffage en tout ou en partie de la tôle à traiter.

Suivant encore une autre modalité de 1'invention, = l'installation comprend des moyens pour récupérer l'énergie se trou- ‘ vant dans la vapeur produite par la vaporisation du fluide réfrigérant projeté par les dits dispositifs et/ou lors>de 1'immersion de la tôle dans le bain aqueux à une température supérieure à 75°C, tant dans la zone de refroidissement rapide qu'éventuellement dans la 4 5.- zone de refroidissement final.

Les figures 1 et 2 représentent, à titre d'exemple non limitatif, une installation de traitement thermique conforme à la présente invention.

La figure 1 est relative à une installation complète depuis l'entrée de la tôle dans la zone des fours de réchauffage, jusqu'à sa sortie du four de séchage final. Les postes d'entrée (débobinage, agrafage, dégraissage, accumulation) et de sortie (accumulation, skin-pass, planage, inspection, cisaillage, bobi-» nage, empilage) qui sont bien connus n'ont pas été représentés pour la clarté du dessin.

La figure.2 est relative à un détail agrandi de la figure 1, à savoir l'installation caractéristique de la zone de refroidissement rapide.

Suivant la figure 1, la tôle est introduite dans la zone de récupération 1 dont le four est alimenté par les fumées des fours de chauffage 2 et 3.

A la sortie de la zone 1, la tôle a une température de l'ordre de 200 à 250°C et elle entre dans le four de chauffage 2 qui est un four à flammes nues, vertical, à atmosphère non oxydante. Ce four chauffe la tôle, jusqu'à environ 600°C.

Du four 2, la tôle passe dans le four de chauffage 3, à tubes radiants où la tôle est portée de 600°C à 700°C ou plus, suivant la qualité de l'acier. Le repère numérique 4 indique un des tubes radiants précités dont l'alimentation est effectuée par du gaz naturel.

Ensuite, la tôle entre dans la zone 5 où elle’ est maintenue à la température atteinte en fin de chauffage dans le four 3.

»

Après cette opération de maintien de température, on introduit la tôle dans la zone 6 de refroidissement lent par jets de gaz d’atmosphère. Ces jets sont créés par des ventilateurs 7 et le gaz est recyclé en continu au moyen d'un circuit fermé.

Qi iP» 6.- f.^ A la sortie de la zone 6, la tôle est introduite dans l'installation 10 caractéristique de la zone de refroidissement rapide. Cette installation est composée notamment d'une cuve 8' de grande hauteur contenant de l'eau à 1'ébullition. Le niveau du rouleau de renvoi 8 situé dans le fond de cette cuve peut être modifié de façon à faire varier la longueur du parcours de la tôle dans le bain de refroidissement. Cette installation comprend également des rampes de refroidissement 11 constituées de caissons équipés de dispositifs 12 disposés symétriquement de part et d'autre de la tôle. Ces dispositifs projettent sur la tôle un fluide réfrigérant, de préférence finement pulvérisé. A l'entrée et à la sortie de cette .installation 10 sont disposés des sas 9 qui empêchent la vapeur produite dans cette installation de s'introduire dans les fours adjacents.

A la sortie de cette installation 10 se trouve un four de survieillissement 13 où la tôle est réchauffée à 450°C.

Puis la tôle passe dans un four 14 où elle est maintenue à la température de survieillissement.

Ensuite, la tôle traverse une zone de refroidissement en trois phases : - d'abord un refroidissement par jets de gaz dans la zone 15 équipée de ventilateurs 16, , - ensuite, un refroidissement par immersion dans une cuve"17 contenant de l'eau à l'ébullition. Ce bain est maintenu à une température de 100°C et contient de l'acide formique à une teneur de 2 g/1., -'enfin, la troisième phase est effectuée dans un bac de rin- f 1 çagé 18, où un fluide aqueux est projeté sur la tôle au moyen de dispositifs 19.

y '

La tôle sort du bac 18 et passe dans une rampe de séchage 20 avant de traverser les stands de sortie (skin-pass, inspection, cisaillage, bobinage) non représentés comme déjà dit précédemment.

7.- 'ψβ*^

Sur la figure 2, on voit plus en détail l’instal- . lation de refroidissement rapide 10 comprenant : - une cuve 8' de grande hauteur contenant de l'eau à l’ébullition et un rouleau de renvoi 8, - des rampes de refroidissement 11 avec des dispositifs de projection 12 alimentés par caisson, - des sas 9 d'entrée et de sortie.

Les exemples d’utilisation ci-après sont donnés également à titre indicatif et non limitatif.

Exemple 1.

On a traité une tôle en acier effervescent de qualité commerciale dont la composition est la suivante : C = 0,08 %, Mn = 0,3 %, P = 0,015 %, S = 0,018 %. Son épaisseur est de 0,8 mm.

Au cours de son passage dans l'installation décrite ci-dessus, la tôle est successivement portée aux températures suivantes : - à la sortie de la zone 1 : 240°Ç

- à la sortie de la zone 2 : 580°C

- à la sortie de la zone 3 : 705°C

- à la sortie de la zone 5 : 705°C, maintien pendant 40 secondes.

Le refroidissement dans la zone 6 est effectué au s ralenti, de manière à économiser l'énergie électrique; toutefois ce ralenti est tel qu'il doit permettre d'éviter l'échauffement des ventilateurs. A l’entrée dans l'installation 10, la tôle est à 680°C et 1'action des dispositifs 12 ainsi que la position du ' . rouleau de renvoi 8 dans la cuve 8' contenant de l'eau à l'ébul lition sont réglées de manière à obtenir une température de la tôle de 400°C, lorsque cette dernière sort de la cuve.

A la sortie du four de survieillissement, la tôle est à. 450°C puis elle est refroidie lentement de 450 à 425°C, ! pendant 45 secondes.

Γ

Ensuite, la tôle traverse la zone de refroidissement à trois zones 15 - 17 - 18 dans les conditions suivantes :

- dans la zone 15, la tôle est refroidie par jets de gaz de 425°C

à 300° C, - dans la zone 17, la tôle est trempée dans une solution d'acide formique à 2 g/1 et à 100°C, d'où elle sort à 100° C, - dans la zone 18, la tôle subit un rinçage.avec de l'eau filtrée à 30°c.

j -

Enfin, la tôle traverse la rampe de séchage 20 d' où elle sort à une température de 40°C.

Les propriétés mécaniques présentées.par la tôle ainsi traitée sont les suivantes : - limite élastique (E) : 230 mégapascals (MPa) - charge de rupture (R) : 340 mégapascals (MPa) - allongement (A) : 40 % - empreinte Erichsen : 11 mm.

Au cours du passage de la tôle, la vapeur produite . dans la cuve 8' par le refroidissement rapide et dans la cuve 17 par le refroidissement final, a été récupérée et a servi à échauffer l'eau d'une chaudière alimentant une turbine électrique. On a pu récupérer ainsi 72.10^ J par tonne de tôle, avec en outre une % dépense d’énergie minimum dans la zone de refroidissement par souf- 6 flage. Le four de réchauffage 13 n'a dépensé que 30.1Ö J par tonne de tôle.

- , Exemple 2.

On a traité une tôle en acier à haute résistance de qualité économique. Il s'agissait d'un acier calmé de composition : C = 0,06 %, Mn = 0,8 %, Si = 0,15 %, Al = 0,04 %, 3 = 0,015 %, j P = 0,02 %. Cette.tôle avait une épaisseur de 0,8 mm.

//T^ 9.- ft

Les températures de la tôle à la sortie des zones 1, 2, 3 et 5 étaient les suivantes :

zone 1 : 250°C

zone 2 : 640°C

zone 3 : 800° C .

zone 5 : 800°C, maintien pendant 40 secondes.

La zone de refroidissement 6 est réglée de telle manière que la tôle entre dans l'installation 10 à 740°C. De cette façon, l'acier contient 15 % d'austénite lors de son entrée dans la zone de refroidissement. La cuve 8' est vidé et des dispositifs 12 projettent un brouillard d'eau finement pulvérisée sur la tôle dont la température est brutalement abaissée à 300°C en·une se-. · conde.

Le four 13 ne chauffe pas et dans la zone 14 la température de la tôle est réduite à 250°C.

En ce qui concerne le refroidissement final, la . tôle est soumise aux conditions ci-après : - dans la zone 15, la température est abaissée à 150°C par jets de gaz, - dans la zone 17, la tôle est immergée dans une solution d' acide formique à 2 g/1 et à 100°C, - dans la zone 18, la tôle est rincée par projection d'eau filtrée à 30°C.

Enfin, la tôle traverse la rampe de séchage 20 d'où elle sort à une température de 40°C.

„ Les propriétés mécaniques présentées par la tôle 1 i ainsi traitée sont les suivantes : - limite élastique (E) : 320 mégapascals (MPa) - charge de rupture (R) : 510 mégapascals (MPa) > - allongement (A) : 29 % - empreinte Erichsen : 9,8 mm.

i /

Claims (16)

1. Installation 'de traitement thermique en continu de tôles en acier comprenant : - - une zone de chauffage à une température supérieure à la température de recristallisation, - une zone de maintien à cette température pendant une durée supérieure à 30 secondes, ' - une zone de refroidissement rapide, caractérisée en ce que la zone de refroidissement rapide comporte d'une part, des dispositifs permettant de projeter un fluide réfrigérant sur la surface de la tôle et d'autre part, une cuve pouvant contenir un bain aqueux à une température supérieure à 75°C.

2. Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte, après la zone de refroidissement rapide, une zone de survieillissement, elle-même suivie d'une zone de refroidissement final. i

3. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la zone de refroidisse- . ment rapide comprend des moyens permettant de faire varier le niveau d'eau dans la cuve, de déplacer les rouleaux de renvoi de la tôle et ainsi de modifier la longueur du parcours de la tôle dans le bain aqueux à une température supérieure à 75°C, et/ou de modifier l'action des dispositifs de projection, de manière à ajuster la température de la bande à la sortie de cette zone.

4. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les dispositifs utilisés pour projeter le fluide réfrigérant sont aménagés pour projeter un liquide tel que de l'eau ou un fluide aqueux, qui peut se trou- ! ver à la température ambiante, ou être chaud, porté à l'ébullition 4 ou même surchauffé. à 11.-

5. Installation suivant l'une ou l’autre des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les dits dispositifs sont des pulvérisateurs.

6. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les dispositifs utilisés pour la projection du fluide réfrigérant sont conçus pour le soufflage d'un agent gazeux, tel que - de préférence - un gaz non oxydant ou neutre, en particulier de l'azote.

7. installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que lésdits dispositifs sont en. outre pourvus de moyens pour pulvériser, à l'aide du dit agent gazeux, un liquide tel que de l'eau à température ambiante chaude, portée à l'ébullition ou surchauffée et projeter ainsi un brouillard réfrigérant.

8. Installation suivant l'une ou l’autre des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens permettant de ramener dans ladite cuve, le fluide réfrigérant projeté par les dits dispositifs, après condensation éventuelle.

9. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens permettant de récupérer, épurer et réutiliser- l'agent gazeux de pulvérisation.

10. Installation suivant l'une ou l'autre des ret-vendications 1 à 2, caractérisée en ce que la zone de refroidissement rapide est précédée d'une zone de refroidissement lent, par exemple à soufflage de gaz d'atmosphère.

11. installation suivant l’une ou l'autre ..des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la zone de refroidissement final comporte trois unités successives : la première comprend des moyens de soufflage de gaz d'atmosphère capable de refroidir la tôle jusqu'à une température inférieure à 350°C, la WJ? · « · » - 12.- seconde comprend des moyens pour immerger la tôle dans un bain aqueux à une température supérieure à 75° C, ce bain ayant une composition apte à traiter la surface de l'acier, et la troisième comprend des moyens pour refroidir la tôle à l'eau froide, cette eau servant de préférence d'eau de rinçage. !

12. Installation suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comprend un four à flammes nues, non oxydantes, de préférence vertical, destiné àu chauffage en tout ou en partie de la tôle à traiter. ·' ♦

13. Installation suivant l'une ou l'autre des re vendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour récupérer l'énergie se trouvant dans la vapeur produite par la vaporisation du fluide réfrigérant projeté par les dits dispositifs et/ou lors de l'immersion de la tôle dans un bain aqueux à une température supérieure à 75°C, tant dans la zone de refroidissement rapide, qu'éventuellement dans la zone de refroidissement final.

14. Procédé pour le traitement thermique en continu dé tôles d'acier au moyen d'une installation conforme à l'une ou 1' autre des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que : - on chauffe la tôle à urie température supérieure à la température • de recristallisation de l'acier; - on la maintient à cette température pendant une durée supérieure à 30 secondes; - on la soumet à une opération de refroidissement rapide comportant une·phase de projection d'un fluide réfrigérant sur la surface de la’tôle, suivie d'une phase d'immersion de la tôle dans un bain aqueux à une température supérieure à 75°C; - éventuellement, on soumet la tôle à une opération de survieil- t lissement pendant une durée supérieure à 20 seconàes; I . — on assure le refroidissement final de la- tôle. 13. r:

15. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, 8 et 10 à 13, caractérisé en ce que : - on chauffe la tôle à une température supérieure à la température de recristallisation, - on la maintient à cette température pendant une durée supérieure à 30 secondes, -on la soumet à une opération de refroidissement rapide en projetant sur.sa surface de l'eau chaude, portée à l'ébullition ou surchauffée, . - éventuellement, après la zone de refroidissement rapide,on soumet les tôles à une opération de survieillissemerit, - oh. assure le refroidissement final de la tôle.

16. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3 et 6 à 13, caractérisé en ce que : - on chauffe la tôle à une température supérieure à la température de recristallisation·, - on la maintient à cette température pendant une durée supérieure à . 30 secondes, - on la soumet à une opération de refroidissement rapide en projetant sur sa surface un fluide réfrigérant constitué d'au moins un agent gazeux et/ou d'un brouillard obtenu par pulvérisation d'un liquide au moyen d'un agent gazeux; - éventuellement, après la zone de refroidissement rapide, on'·, soumet les tôles à une opération de survieillissement, - on assure le refroidissement final de la tôle. . . y '· % ' Γ. :-v .