WO2024133293A1 - Methode et dispositif de refroidissement rapide d'une bande metallique, ligne continue de production de bandes métalliques - Google Patents

Methode et dispositif de refroidissement rapide d'une bande metallique, ligne continue de production de bandes métalliques Download PDF

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WO2024133293A1
WO2024133293A1 PCT/EP2023/086684 EP2023086684W WO2024133293A1 WO 2024133293 A1 WO2024133293 A1 WO 2024133293A1 EP 2023086684 W EP2023086684 W EP 2023086684W WO 2024133293 A1 WO2024133293 A1 WO 2024133293A1
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strip
cooling
projection
units
nozzles
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PCT/EP2023/086684
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Catherine Pasquinet
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Fives Stein
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    • 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
    • C21D9/5735—Details
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    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
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    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching
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    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005—Process control or regulation for heat treatments for cooling

Definitions

  • the invention relates to lines for processing metal strips equipped with a rapid cooling section by spraying liquid or a mixture of liquid and gas, for example nitrogen or a mixture of nitrogen and hydrogen.
  • AHSS and UHSS very high yield strength steels can be produced by controlling cooling rates, from a totally austenitic or mixed ferritic and austenitic metallurgical structure.
  • the heat treatment to be applied to the strip depends on the chemical composition of the steel, its initial state, in particular its metallurgical structure and its mechanical properties, and the metallurgical characteristics and mechanical properties expected at the end of treatment. It comprises for example a heating step up to a temperature between 750°C and 950°C, a time of maintaining at this temperature followed by slow cooling, for example up to 650°C, then ultra quenching. rapid up to ambient temperature or an intermediate temperature, for example 300°C, with a specific cooling rate for each metallurgical grade.
  • obtaining a given steel may require an annealing temperature higher than its austenitization temperature, then a holding time at this temperature, followed by slow cooling for a partial transformation of the austenite into ferrite. and finally rapid cooling for a transformation of austenite into martensite.
  • the quality of the products at the end of treatment which includes the metallurgical characteristics, the flatness and the homogeneity of the mechanical properties depends on the thermal homogeneity of the products during the different heat treatment operations consisting of a succession of stages of heating, temperature maintenance and cooling.
  • the homogeneity of the metallurgical structure and mechanical properties at the end of treatment depends on the similarity of the thermal histories for all points in the width of the product.
  • Flatness depends on differences in expansion or contraction during heat treatment, observed in the length, width and thickness of the products, causing internal stresses in the strip.
  • the defects are of variable types and magnitude depending on the cooling process applied and the type of steel considered.
  • Common flatness defects encountered during the heat treatment of metal strips of steels with high elastic strength and complex metallurgical structure, for rapid cooling by liquid spraying, or by spraying a mixture of gas and liquid, and for cooling rates of the order of 200°C/s to 1000°C/s, are typically longitudinal undulations, for example long edges or a long center in response to a thermal deviation between the center and the edges of the products.
  • Dispersed blister type defects can be observed for locally very heterogeneous cooling, for example during cooling by immersion or by spraying with low pressures.
  • the first physical phenomenon to consider is the Leidenfrost phenomenon which consists of a sudden increase in the heat transfer coefficient by convection during the transition between the vapor phase cooling regime and the liquid phase cooling regime.
  • the second phenomenon to consider is the discontinuity of the physical and mechanical properties of the products observed during transformations of metallurgical phases linked to rapid cooling processes, for example at 500 °C for a typical bainitic transformation temperature and at 350 °C for a temperature typical of the beginning of martensitic transformation.
  • a first technical constraint is the control of the cooling speed and the final temperature for carrying out specific thermal cycles to obtain steels with complex structures such as TRIP or Q&P or CP steels.
  • Another technical constraint is the control of the difference in thermal efficiency in the width of the product, whatever the fluid used, resulting from the preferred fluid flow paths between the center and the edges of the product in connection with the arrangement nozzles, the heterogeneity of gas or liquid distribution linked to the supply geometry, the lack of initial flatness or the vibration of the strip.
  • Another technical constraint is the control of the cooling efficiency discontinuity in the direction of travel of the products created by the equipment ancillary to cooling such as the stabilization rollers, the water knives or the air knives placed between the different spray sections to interrupt water runoff which disrupts the transverse homogeneity of the products.
  • Spray cooling processes allow adjustment of the cooling in the direction of travel, for example by adjusting the longitudinal pitch between the rows of nozzles, adjusting the geometry of the nozzles, with flat jets or cone jets and adjusting the coolant characteristics
  • FR2940978 of the applicant describes a method of controlling the homogeneity of cooling by projection of a liquid or a mixture of gas and liquid along the width and/or length of a metal strip, by determining the area disappearance of the vapor film and the adaptation of the cooling parameters such as the temperature of the liquid, the speed, the flow rate or the size of the drops and the gas flow rate for cooling by projection of a mixture of gas and liquid in order to to maintain the vapor phase at all points.
  • the invention does not allow the control of thermal homogeneity for carrying out thermal cycles with a final temperature lower than the Leidenfrost temperature (between 300°C and 500°C).
  • FR 16 62421 of the applicant describes a cooling device with a variation of the geometry of the nozzles in the direction of travel of the products for an adjustment of the heat exchange coefficients and the maintenance of a constant cooling speed for all operating regimes. cooling.
  • This invention allows the control of cooling continuity in the direction of travel of the products only.
  • FR 1911391 of the applicant describes a process for reducing flatness defects by adjusting the thermal path in the direction of travel of the product according to the evolution of the proportions of metallurgical phases, in particular for complex Dual Phase steels, TRIP steels or martensitic steels.
  • the improvement in flatness results from the reduction of internal stresses in the strip through a compensation effect for thermal stresses and microstructure change stresses.
  • the solutions described according to the state of the art generally propose an improvement in the flatness of the products by controlling the cooling efficiency only in the direction of travel of the product, and sometimes also in the direction of the width of the product.
  • a common solution for adjusting the cooling capacity in the width of the products consists of dividing the cooling device into a plurality of cooling units arranged transversely and independently controlled in terms of fluid flow. cooling.
  • the number of independent units is limited by industrial operating constraints, typically five units equipped with fluid regulation valves, which leads to discontinuous transverse control.
  • the object of the invention is to propose a process for cooling a steel strip which improves the performance of processes according to the state of the art, in particular allowing a progressive and continuous adjustment of the efficiency of cooling in the direction of travel and in the transverse direction of the products, adaptable according to the initial geometric and thermal state of the strip and the particularity of its thermomechanical behavior depending on its composition and the evolution of the phase proportions metallurgical.
  • the invention proposes an improvement in the control of the intensity of cooling of products, depending on their width and length, in the rapid cooling process by spraying liquid, or gas and liquid, in order to improve the homogeneity of the products. metallurgical characteristics and mechanical properties and also to improve the flatness of the steel strips at the end of heat treatment.
  • a rapid cooling device in a continuous line for producing metal strips, arranged to cool the strip as it moves by spraying a liquid or a mixture onto it. of a gas and a liquid, by means of nozzles arranged on projection units, characterized in that the cooling device comprises projection units, movable in rotation on a plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction running of the strip, allowing individual and multidirectional adjustment of the projection angle of said projection units, movable relative to the strip.
  • the cooling efficiency depends mainly on the surface flow rate of liquid on the surface to be cooled.
  • the principle of the invention is based on a combination, on the one hand, of the variation of the impact surface of the jet of a nozzle on the strip, which depends on the distance of the nozzle from the cooled surface, of the the angle of inclination of the jet and the distance of the nozzles between them and, on the other hand, the simultaneous variation of the lateral flow of the liquid on the surface of the product coming from neighboring nozzles.
  • the invention is also based on controlling the location of the impact surface of the jets according to the direction of travel of the product.
  • the device according to the invention allows progressive and continuous control of the cooling efficiency by local adjustment of the total surface flow rate of liquid on each portion of the strip and control of the location of the impact surface of the jets on the band.
  • the multidirectional adjustment of independent cooling units allows in particular differentiated adjustment depending on the thermal profile and the geometric profile of the belt at the entrance to the cooling section and during cooling.
  • the total surface flow corresponds to the sum of the flow projected at this point by a nozzle, or at least two nozzles in the event of overlapping jets at this point, and the flow rate of runoff on the resulting strip other jets not impacting the strip at this point.
  • runoff flow flows partly from top to bottom due to the earth's attraction but also in other directions due to the speed of a jet in these directions.
  • a mobile projection unit in rotation on a plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction of travel of the strip makes it possible to easily adjust a projection angle of said mobile projection unit relative to the strip for set of nozzles that this projection unit includes.
  • This rotation makes it possible to modify the location of the impact surface of the jets as well as the size and shape of the impact surface of the jets produced by these nozzles.
  • the rotational movement of a mobile projection unit is obtained by a pivot element arranged on a first side of the mobile projection unit and a sliding element arranged on a second side of the mobile projection unit, opposite the first.
  • the pivot element is advantageously arranged on the side of the projection unit closest to the center of the strip.
  • the effect on belt cooling of the rotation of a projection unit is more marked towards the edge of the belt.
  • two projection units movable in rotation, are arranged side by side, in a direction defined by the bandwidth, the two mobile projection units covering the entire width of the strip, their pivot elements being arranged near the center of the strip.
  • the two mobile projection units may be of the same width, depending on the bandwidth, each covering half of the bandwidth. They can also be of different width.
  • two projection units movable in rotation, are arranged on either side of a central projection unit, in a direction defined by the bandwidth, the three projection units covering the entire width of the strip, the pivot elements of the mobile projection units being proximal to the central projection unit.
  • the central projection unit placed between the two lateral units may not be movable in rotation.
  • the transverse division into three units makes it possible to maintain constant cooling conditions on the central part while varying those on the edges of the strip by rotating the lateral units.
  • the length of the units is determined in particular according to the maximum width of the strip and according to the importance of the strip surface on the edges where an adjustment of the cooling must be possible.
  • the lateral parts movable in rotation can be longer or shorter than the central part.
  • the side parts can, for example, be twice as long as the central part.
  • the side spray units may be in one part or they may comprise at least two parts movable relative to each other.
  • the part furthest from the center of the strip can be movable in rotation relative to the second part around an axis of rotation located between the two parts.
  • a first rotation of the spraying unit can make it possible to move the nozzles from all of the two parts of the strip at the same angle and a second rotation limited to the part furthest from the center of the strip.
  • strip can help move the nozzles further away from this part.
  • a first rotation of the spraying unit can bring the nozzles of all of the two parts of the strip closer together at the same angle and a second rotation limited to the part furthest from the center of the strip can allow the nozzles to be brought closer to this part. Conversely, it is possible to bring the nozzles of both parts closer to the belt at the same angle and then move away those of the part farthest from the center of the belt.
  • the part furthest from the center of the strip can be movable in rotation relative to the second part around an axis of rotation located at vicinity of the end of the spray unit farthest from the center of the strip.
  • the rotational movement of a first part of a mobile projection unit relative to a second part of this mobile unit can be obtained by a pivot element disposed on a first side of the first part and a pivot element. sliding disposed on a second side of said first part, opposite the first.
  • a sliding element may include a roller rotating about its longitudinal axis.
  • the sliding element facilitates the rotation of the mobile unit, or part thereof, by providing mechanical support reducing the weight to be supported by the pivot element.
  • the angle of rotation of a mobile projection unit is between -30° and +30° relative to a plane parallel to the band passing the axis (61) of rotation of the mobile unit .
  • the angle of rotation of a first part of a mobile projection unit relative to a second part of this mobile unit can also be between -30° and +30°.
  • a mobile projection unit comprises at least one row of nozzles in a direction parallel to the strip width.
  • it comprises several rows of nozzles, for example five or ten rows.
  • a row of nozzles of a mobile projection unit forms a longitudinal axis parallel to the direction defined by the strip width.
  • a row of nozzles is movable in rotation around this longitudinal axis.
  • at least two rows of nozzles of a mobile projection unit are movable in rotation around their respective longitudinal axes.
  • projection units which are not movable in rotation also have one or more rows of nozzles movable in rotation around their longitudinal axes.
  • the inclination of one or more rows of nozzles makes it possible to adjust the location of the impact surface of the jets of said nozzles according to the length of the strip. It also makes it possible to act on the shape and extent of the impact surface of the jets on the belt. Modifying the inclination of rows of nozzles thus allows control of the cooling profile of the belt according to the length of the cooling section.
  • the inclination of nozzles along their longitudinal axis is advantageously carried out at critical locations on the cooling profile of the strip, for example in the vicinity of the Leidenfrost point, where metallurgical transformations occur, or where there is equipment introducing a discontinuity of cooling, such as stabilizing rollers.
  • the angle of rotation of a row of nozzles of a mobile projection unit around its longitudinal axis is between -30° and +30° relative to a plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction of travel of the the strip comprising this longitudinal axis.
  • This significant angular opening allows a large range of adjustment of the impact surface of the jets on the belt, in position, shape and extent, depending on the length of the belt.
  • the mobile projection units are movable in translation on a plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction of travel of the strip in order to adjust the projection distance of said mobile projection units by relation to the band.
  • any projection units not movable in rotation arranged in the center of the strip are also movable in translation in the same direction as the units movable in rotation.
  • All of the projection units arranged over the same bandwidth can be arranged on a common chassis so that they are moved in translation simultaneously over the same length.
  • each unit can be moved in translation independently of the others allowing different distances to the strip depending on the spraying unit.
  • the translational movement of the projection units provides a complementary means of acting on the shape and extent of the impact surface of the jets, and therefore on the intensity of the cooling.
  • the translation of a mobile projection unit is possible over a distance from the belt of between 50 and 500 mm so as to have a large range of adjustment of the impact surface of the jets on the belt.
  • the translation movement of the mobile projection units can be carried out by a sliding element in the plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction of travel. This sliding element limits the effort required to move the spraying units.
  • the sliding element may include a slide or one or more rollers rotating around a longitudinal axis.
  • the two freedoms of movement of the mobile spraying units which result from the combination of a rotational movement and a translational movement allow great freedom of adjustment and thus precise control of the intensity and distribution of cooling Of the band. They can allow a large amplitude of simultaneous adjustment of the distance and angle of spray of the cooling fluid on the moving belt.
  • the cooling intensity of the strip can be adjusted by adjusting the surface flow rate according to the direction of travel and according to the transverse direction of the strip.
  • the surface flow adjustment can be achieved by adjusting the quantity of liquid, or gas and liquid mixture, projected onto the strip. Cooling zones limited by a transverse subdivision and a longitudinal subdivision may include elements for adjusting the quantity of liquid, or gas and liquid mixture, projected onto the strip. Thus, adjustment means can allow adjustment of the nozzle supply flow rate over the length and/or width of the strip.
  • Surface flow adjustment can be achieved by adjusting the angle of rotating spray units. It can also be achieved by moving mobile spraying units in translation, without tilting the spraying units or in addition to tilting the spraying units.
  • the lateral flow of the liquid along the surface towards the edges of the belt compensates for the reduction in surface flow which results from the increase in the impact surface with a feed rate maintained constant for a jet.
  • the inclination of the jet towards the center of the band leads to a reduction in the impact surface of the jet and an increase in the coverage rate of the jets contiguous to the center of the band.
  • the liquid, or the mixture of a gas and a liquid can be chosen to be non-oxidizing for the strip.
  • the liquid is for example an aqueous solution comprising between 0.1% and 6% by weight of formic acid.
  • the gas is for example nitrogen, or a mixture of nitrogen and hydrogen.
  • the spray nozzles are staggered by rows of nozzles.
  • the nozzles of a second row are offset from those of a first row, depending on the width of the belt, by half the distance between two nozzles.
  • the nozzles placed on either side of the strip are also staggered so that there are no opposite nozzles on either side of the strip.
  • the cooling intensity can also be adjusted by adjusting the temperature of the cooling fluid in the direction of travel and in the transverse direction of the belt.
  • the rapid cooling device comprises at least three projection units, movable in the direction of travel of the strip and three projection units, movable according to the strip width, each unit comprising at least two rows of mobile nozzles rotating around their longitudinal axes.
  • a continuous line for producing metal strips comprises a cooling device according to the first aspect of the invention, the line further comprising a means of determining of the geometric transverse profile of the strip and a means for determining the transverse temperature profile of the strip at the entrance to the cooling section.
  • the means for determining the geometric transverse profile of the strip is for example a laser or an optical camera.
  • the means for determining the transverse temperature profile of the strip is for example a pyrometer.
  • the adjustment of the intensity of the cooling of a mobile projection unit is refined by bringing it closer to or further from the strip by moving it in translation in a direction parallel to the plane perpendicular to the strip. and perpendicular to the direction of travel.
  • the intensity of the cooling of a mobile projection unit is adjusted by acting on its projection angle, and optionally on its distance from the strip, to minimize internal constraints which result from differences in strip temperatures. in the direction of travel and in the transverse direction of the strip.
  • the method comprises a step of determining the geometric transverse profile and the transverse temperature profile of the strip at the entrance to the cooling section and locally adjusts the intensity of the cooling on a portion of strip by modifying the quantity of surface flow of liquid on said portion according to said transverse profiles of the strip.
  • the modification of the quantity of surface flow of liquid is advantageously obtained by adjusting the spray angle of the nozzles.
  • the adjustment of the spraying angle, and optionally of the spraying distance is determined for each projection unit as a function of the targeted temperature distribution over the length and width of the strip along the section of cooling and the initial shape of the strip at the entrance to the cooling section and its evolution during cooling.
  • the method according to the invention further comprises a step of determining the thermomechanical behavior of the strip as a function of its composition and the evolution of the proportions of metallurgical phases during its cooling and in that the intensity of cooling on a portion of strip by modifying the quantity of surface flow of liquid on said portion according to said behavior.
  • control parameters of the mobile projection units are adjusted to minimize internal constraints which result from temperature differences in the direction of travel and in the transverse direction of the strip.
  • the method for determining the control parameters of the rapid cooling device to improve the thermal homogeneity of the strip in the direction of travel and in the transverse direction can be described as comprising three stages.
  • the first step consists of evaluating the characteristic parameters of the products to be cooled.
  • the first characteristic parameter is the temperature of metallurgical transformations. These are accompanied by a strong variation in the mechanical and thermo-physical properties of the strip, in particular a strong variation in the thermal expansion coefficient.
  • the transformations from the austenitic phase to the ferritic, pearlitic, bainitic or martensitic phases are accompanied by a change in crystallographic structure and an increase in volume which results in a reduction in the coefficient of thermal expansion.
  • the metallurgical transformation temperatures and the evolution of the expansion coefficient depend mainly on the composition of the strip and the thermal annealing cycle which determines the percentage of austenite likely to transform during cooling and the cooling speed.
  • the metallurgical transformation temperatures and the evolution curves of the thermo-physical properties during rapid cooling can be determined precisely by the usual laws available according to the state of the art from operating data such as the chemical composition of the band and the associated thermal cycles.
  • Typical values of bainitic transformation temperature are between 600°C and 400°C.
  • Typical values of the start temperature of martensitic transformation are between 450 °C and 250 °C.
  • the second characteristic parameter is the minimum cooling speed necessary to obtain the desired metallurgical transformation(s).
  • the cooling rates necessary to obtain the required metallurgical microstructures depend on the composition of the steel, the annealing temperature and the holding time at the annealing temperature.
  • the type of metallurgical transformation observed from a totally or partially austenitic structure obtained at the end of the holding zone depends on the cooling speed applied.
  • the second step consists of determining the optimal temperature distribution in the length and width of the product using predictive models to obtain the expected product quality, namely the homogeneity of the metallurgical characteristics, the homogeneity of the mechanical properties and the flatness.
  • the thermal predictive model is based on the evolution curve of the heat exchange coefficient between the strip and the fluid as a function of the cooling regimes.
  • the Leidenfrost phenomenon generates a strong increase in the exchange coefficient in the transition zone between vapor phase and liquid phase, which implies a strong variation in internal stresses in the band.
  • the Leidenfrost temperature depends on many parameters, in particular the spray characteristics such as speed and diameter of the drops, the mesh of the nozzles, the distance of the nozzles from the belt, the temperature and the nature of the fluid.
  • Typical Leidenfrost temperature values are between 200°C, for the lowest spray speeds, and 1000°C for the highest speeds.
  • the thermal predictive model makes it possible to determine the temperature distribution in the direction of travel and in the width of the product by integrating the characteristic parameters of the product identified in step 1, i.e. the minimum cooling speed, the temperatures characteristic of metallurgical transformations and the temperature characteristic of the evolution of the heat exchange coefficient, namely, the Leidenfrost temperature.
  • thermomechanical predictive model makes it possible to evaluate the internal stresses and flatness defects that result from the temperature distribution evaluated by the thermal predictive model.
  • thermomechanical predictive models makes it possible to determine the optimal temperature distribution to achieve the expected flatness and reduce local temperature variations and the overall temperature variation between the center and edges of the product to achieve the expected quality including homogeneity. metallurgical characteristics, homogeneity of mechanical properties and flatness.
  • the third step consists of determining the adjustment parameters to be applied to the cooling device according to the invention in order to obtain the temperature distribution calculated in step 2.
  • the line according to the invention may include means for measuring the temperature across the width of the products and means for measuring flatness, before cooling and after cooling by spraying.
  • the predictive models described in step 2 make it possible to complete a table of control parameters of the cooling device to obtain the optimal temperature distribution for each production case.
  • the line equipped with the cooling device according to the invention can include artificial intelligence means for linking the data collected by the temperature and flatness sensors to the temperature distribution objectives determined by the predictive models and finally to the parameters of controlling the cooling device according to the invention to achieve these objectives.
  • the line includes a monitoring and control system capable of determining and applying the operating parameters of the cooling section according to the characteristics of the strip at the entrance to the cooling section and the evolution of these along the cooling section.
  • the control and command system includes calculation means making it possible to determine the operating parameters of the cooling section, in particular to implement thermal and metallurgical models and artificial intelligence algorithms.
  • the line monitoring and control system can determine and apply the operating parameters of the cooling section autonomously, without requiring the intervention of an operator.
  • FIG. 1 is a view schematically and partially represented, in longitudinal view, of a continuous vertical oven processing line comprising a rapid cooling section 1, equipped with cooling units 2 by spraying a cooling fluid, according to an example of realization of the invention;
  • FIG. 1 is a schematically and partially represented view, in front view of a cooling unit 2 of the rapid cooling section 1 of the comprising two lateral projection units 3, movable in rotation and a central projection unit 4, movable in translation;
  • FIG. 1 is a view schematically and partially represented, in top view of a unit 2 for cooling the , in a position where the central spray unit 4 and the side spray units 3 are aligned in a direction parallel to the width of the strip, producing a jet perpendicular to the strip 8;
  • FIG. 1 is a view schematically and partially represented, in top view of the cooling unit 2 of the , in a position where the side units 3 are inclined by 10° leading to an increase in the spraying distance;
  • FIG. 1 is a view schematically and partially represented, in top view, of the cooling unit 2 of the , in a position where the side units 3 are inclined by -10° leading to a reduction in the spraying distance;
  • FIG. 6 is a graph illustrating the evolution of the surface flow distribution of cooling fluid in the width of the band along the median axis of the impact of the jets for the cases shown in Figures 6 and 7;
  • FIG. 6 is a graph illustrating the evolution of the surface flow distribution of cooling fluid in the width of the band along the median axis of the impact of the jets in the cases of Figures 6 and 9;
  • FIG. 1 is a schematic view of the jet impact surface for the case of a jet perpendicular to the strip as shown in but with a reduction in flow at the edges of the band;
  • FIG. 13 is a graph illustrating the evolution of the surface flow distribution of cooling fluid in the width of the band along the median axis of the impact of the jets in the case of Figure 13;
  • FIG. 1 is a view schematically and partially represented, in top view of a unit 2 for cooling the , in a position where the central spray unit 4 and the lateral spray units 3 are aligned in a direction parallel to the width of the strip, the strip 8 having a geometric profile initially concave in the plane perpendicular to the plane of the strip and perpendicular to the direction of travel;
  • FIG. 1 is a schematic view of the combination of the impact surfaces of the jets for the 2 faces of the strip for the arrangement of the lateral units 3 of the ;
  • FIG. 1 is a view schematically and partially represented, in top view of a unit 2 for cooling the , in a position where the lateral spray units 3 are inclined, the strip 8 having a geometric profile initially concave in the plane perpendicular to the plane of the strip and perpendicular to the direction of travel;
  • FIG. 1 is a schematic view of the combination of the impact surfaces of the jets for the 2 faces of the strip for the arrangement of the lateral units 3 of the ;
  • each unit is a view schematically and partially represented, in side view of two units 3 for spraying the arranged opposite each other of the strip, each unit comprising six spraying ramps 11 and 12 perpendicular to the plane of the strip 8, the ramps 11 on one side being offset from the ramps 12 of the other face in the plane perpendicular to the strip and parallel to the running of the strip;
  • FIG. 1 is a graph illustrating the evolution of the thermal profile in the width of the strip obtained after cooling with and without inclination of the jets in the plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction of travel, from an initial concave transverse thermal profile .
  • cooling units 2 according to the are integrated in a rapid cooling section 1 of a vertical processing line according to the . They include a transverse division into three spraying units 3, 4, movable in translation in the horizontal plane perpendicular to the strip according to the .
  • the lateral units 3 are also movable in rotation on a plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction of travel of the strip.
  • the spray units 3, movable in rotation comprise a pivot element 6 disposed in the vicinity of their end 31 located towards the center of the strip and a sliding element 5 disposed in the vicinity of their end 32 located towards an edge of the strip .
  • a complementary sliding element 7 contributes to the translational movement of the spraying units 3, 4.
  • the three units 3, 4 are mechanically linked. They move in translation in the same movement to move closer or further away from the strip by the same distance.
  • each unit 3, 4 of the transverse subdivision of a cooling unit comprises six rows of spray nozzles in the direction of travel of the belt.
  • Each spray row is equipped with twenty spray nozzles 21, spaced 80 mm apart in the horizontal plane perpendicular to the plane of the strip.
  • the rows of nozzles are spaced 150 mm apart in the direction of the belt travel.
  • the distance between the strip and the nozzles is, in this example, equal to 300 mm for all the nozzles when the transverse subdivision units 3, 4 are all parallel to the strip.
  • the angle of rotation of the lateral spray units 3 allowing the inclination of the cooling fluid jets is between -30° and +30° in the plane perpendicular to the belt and perpendicular to the direction of travel. This angle is zero when the nozzles are parallel to the belt, it is -30° when the nozzles are close to the belt and it is +30° when the nozzles are far from the belt.
  • the translation distance of the spraying units 3, 4 allowing the increase or decrease in the length of the sprayed jet is between 50 and 500 mm in the plane perpendicular to the strip and perpendicular to the direction of travel.
  • Rotating a side unit away from the belt has the effect of increasing the distance of its nozzles from the belt.
  • rotating a lateral unit as it approaches the belt has the effect of reducing the distance of its nozzles from the belt.
  • This increase or decrease in distance which results from the rotation of the side units is a function of the position of the nozzle on the spray unit. The magnitude of this increase or decrease will be greater the further the nozzle is from the axis of rotation of the unit.
  • the nozzles arranged towards one edge of the strip move away or come closer to the strip than the nozzles located towards the center of the strip when the axis of rotation of the spraying unit is on the side of the strip. unit closest to the center of the band.
  • Figures 6 to 12 illustrate the surface flow distribution over the width of an initially flat strip of a row of nozzles in the direction of the width of the strip, for different inclination configurations of the orientable lateral spray units 3.
  • the surface 9 of impact of the jets of the lateral units is elliptical with main axis in the direction of the width of the strip.
  • the combination of the increase in the impact surface, the resulting coverage of the jets and the effect of the evacuation of the water towards the edges of the strip leads to an increase in the surface flow received by the edge of the strip, along the median axis 10 of the impact of the jets.
  • the central spray unit 4 remaining parallel to the strip, the central part of the strip receiving the jets thereof is not impacted by the inclination of the lateral units 3. The distance from the strip and the overlap between the jets remain constant there.
  • the effect which results from the inclination of the lateral spraying units 3 makes it possible to compensate for an initial transverse thermal profile characterized by strip edges hotter than the middle of the strip.
  • the jet impact surface 9 is elliptical with a main axis in the direction of the width of the product.
  • the inclination of the units has the effect of increasing the impact surface and the coverage of the jets.
  • the inclination of the units has the effect of reducing the impact surface and the coverage of the jets.
  • this effect makes it possible to compensate for an initial transverse thermal profile characterized by edges of the strip colder than the middle of the strip.
  • the simultaneous adjustment of the inclination of the adjustable side spray units and the resulting spray distance also allows precise adjustment of the cooling efficiency to the varying width of the products.
  • the surface 9 of impact of the jets is circular and the overlap of the jets leads to a distribution of the water flow along the median axis 10 of the impact of the jets uniform in the central part of the strip and a gradual decrease of the surface flow going towards the edges of the band.
  • This adjustment leads to a discontinuous surface flow distribution profile, characterized by a uniform distribution in the central part of the band and a linear decrease in the surface flow at the edge of the band.
  • the bandwidth influenced by the flow adjustment depends on the nozzle supply. These can be equipped with means allowing the flow rate of each nozzle to be individually adjusted. According to another example, the adjustment is carried out collectively for a row of nozzles arranged vertically on the same bandwidth or on two or more vertical rows of nozzles. Other combinations are possible.
  • the nozzle group feed can also be different along the length of the cooling section, in the direction of travel of the belt.
  • the bandwidth influenced by a flow adjustment is at least equal to the width of a section.
  • the discontinuity of application of the cooling fluid flow leads to a discontinuity of the transverse thermal profile and an increase in internal stresses causing flatness defects.
  • Adjusting the inclination of the side steerable spray units and the resulting spray distance makes it possible to change the surface flow distribution of cooling fluid on the belt surface to adjust the cooling efficiency in the direction transversal of the products and make it possible to compensate for the effects of runoff along a preferred path linked to an initial shape defect, or to correct an initial thermal profile that is not uniform across the width of the products.
  • the strip is non-planar before cooling, for example characterized by a concave initial shape defect associated with a concave thermal profile resulting in edges of the strip hotter than the center.
  • the effect of compensating the opposite effects on the two faces relative to the spraying distances and the spraying angles does not make it possible to modify the initial thermal profile in particular to reduce the temperature difference between center and edges of the product and to reduce the difference in cooling speed between the center and edges of the product.
  • the differentiated inclination of the cooling units on each side of the belt makes it possible to accentuate the cooling in the center of the strip by combining the effect of concentrating the water runoff on the convex side of the strip and the effect of reducing the spray distance in the center of the concave side of the strip .
  • the cooling unit according to the integrated into a vertical processing line according to the also includes means for adjusting the cooling efficiency in the direction of movement of the products.
  • each row 210 of nozzles of the cooling device forms a longitudinal axis 62 and comprises a device 13 for rotation around this longitudinal axis 62.
  • the impact surface of the jets is circular and the covering of the surfaces leads to a uniform distribution of the water flow along a median axis of the impact of the jets.
  • the inclination of the sprayed jet in the plane perpendicular to the strip and parallel to the direction of travel of the product makes it possible to compensate for the discontinuity in cooling efficiency which results from the discontinuity of the heat transfer coefficient in function of the successive cooling regimes in vapor film, in transition boiling, in nucleated boiling or in forced convection observed during cooling by spraying or immersion in a liquid of a hot sheet.
  • the average cooling slope necessary in the rapid cooling section to obtain a complete martensitic transformation can be determined from the metallurgical transformation curves established for the steel composition, i.e. 200 °C/s for the example considered.
  • the surface flow distribution on one side of the belt for the exemplary embodiment comprising two cooling units and a total of twelve spray booms perpendicular to the belt and, on the right part, the thermal profile 20 of the strip in the direction of travel corresponding to the associated uniform surface flow distribution.
  • a first discontinuity 15 is observed at the entrance to the rapid cooling section resulting from the increase in the cooling speed between the upstream slow cooling section and the rapid cooling section.
  • a second discontinuity 16 is observed when the band temperature reaches the Leidenfrost temperature at 550 °C.
  • a third discontinuity 17 is observed during the transition between the two rapid cooling sections.
  • a fourth discontinuity 18 is observed when the band temperature reaches the martensitic transformation temperature at 300 °C.
  • the inclination of the sprayed jet in the plane perpendicular to the strip and parallel to the direction of travel of the strip, in the direction opposite to the travel of the strip at the entrance to the rapid cooling section makes it possible to soften the break in slope at the transition between slow cooling and rapid cooling.
  • the inclination of the sprayed jet in the direction of travel at the outlet of the first cooling device makes it possible to compensate for the discontinuity of the heat transfer coefficient generated by additional equipment such as the stabilization rollers, the water knives or the water knives. 'air.
  • the inclination of the sprayed jet in the direction of travel before the strip reaches the martensitic transformation temperature makes it possible to compensate for the internal stresses induced by the transformations from austenitic phase to martensitic phase.
  • the cooling device according to the integrated into a vertical processing line according to the and comprising means for adjusting the cooling efficiency in the width of the product and in the direction of travel of the product as described in the first exemplary embodiments, is equipped with flat jet spray nozzles or a combination of nozzles with conical jets and flat jets.

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Abstract

Dispositif et procédé de refroidissement rapide dans une ligne continue de production de bandes métalliques, agencé pour refroidir la bande en défilement par projection sur celle-ci d'un liquide, ou d'un mélange d'un gaz et d'un liquide, au moyen de buses (21) disposées sur des unités (3, 4) de projection, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend des unités (3) de projection, mobiles en rotation sur un plan perpendiculaire à la bande (8) et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande, permettant d'ajuster un angle de projection desdites unités de projection, mobiles par rapport à la bande.

Description

METHODE ET DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT RAPIDE D'UNE BANDE METALLIQUE, LIGNE CONTINUE DE PRODUCTION DE BANDES MÉTALLIQUES Désignation du domaine technique concerné
L’invention est relative aux lignes de traitement de bandes métalliques équipées d’une section de refroidissement rapide par pulvérisation de liquide ou d’un mélange de liquide et de gaz, par exemple de l’azote ou un mélange d’azote et d’hydrogène.
Elle concerne plus particulièrement la production des aciers à très haute limite élastique, typiquement supérieure à 500 MPa, qui nécessitent des traitements thermiques avec des vitesses de refroidissement élevées, typiquement supérieures à 200 °C/s, pour établir des structures complexes avec une répartition variable de différentes phases métallurgiques parmi lesquelles les phases austénitique, ferritique, perlitique, bainitique et martensitique.
En particulier, les aciers à très haute limite élastique AHSS et UHSS peuvent être produits en contrôlant les vitesses de refroidissement, à partir d’une structure métallurgique totalement austénitique ou mixte ferritique et austénitique.
Le traitement thermique à appliquer à la bande dépend de la composition chimique de l’acier, de son état initial, notamment sa structure métallurgique et ses propriétés mécaniques, et des caractéristiques métallurgiques et des propriétés mécaniques attendues en fin de traitement. Il comprend par exemple une étape de chauffage jusqu’à une température comprise entre 750°C et 950°C, un temps de maintien à cette température suivi d’un refroidissement lent, par exemple jusqu’à 650°C, puis une trempe ultra rapide jusqu’à la température ambiante ou une température intermédiaire, par exemple de 300°C, avec une vitesse de refroidissement spécifique pour chaque grade métallurgique.
Par exemple, l’obtention d’un acier donné peut nécessiter une température de recuit supérieure à sa température d’austénitisation, puis un temps de maintien à cette température, suivi d’un refroidissement lent pour une transformation partielle de l’austénite en ferrite et enfin un refroidissement rapide pour une transformation de l’austénite en martensite.
Problèmes techniques auxquels répond l’invention
La qualité des produits en fin de traitement qui comprend les caractéristiques métallurgiques, la planéité et l’homogénéité des propriétés mécaniques dépend de l’homogénéité thermique des produits pendant les différentes opérations du traitement thermique constitué d’une succession d’étapes de chauffage, de maintien en température et de refroidissement.
En particulier, l’homogénéité de la structure métallurgique et des propriétés mécaniques en fin de traitement dépend de la similitude des histoires thermiques pour tous les points dans la largeur du produit.
La planéité dépend des différences de dilatation ou de contraction pendant le traitement thermique, observées dans la longueur, dans la largeur et dans l’épaisseur des produits, à l’origine de contraintes internes dans la bande.
Les contraintes dépendent :
  • De la géométrie du produit c’est-à-dire de la largeur, de l’épaisseur et du défaut de planéité initiale,
  • De la distribution de température dans le produit, dans le sens de défilement et dans la largeur et également dans l’épaisseur du produit pour les bandes épaisses,
  • Des variations des propriétés thermo-physiques du produit en fonction de la variation de la température pendant le traitement thermique.
Les défauts sont de types et d’amplitudes variables en fonction du procédé de refroidissement appliqué et du type d’acier considéré.
Les défauts de planéité courants rencontrés lors du traitement thermique des bandes métalliques d’aciers courants à faible limite élastique, pour des vitesses de refroidissement modérées inférieures à 200 °C/s sont typiquement des ondulations transversales en réponse à des ruptures de pentes de refroidissement dans le sens de défilement du produit.
Les défauts de planéité courants rencontrés lors du traitement thermique des bandes métalliques d’aciers à haute limite élastique et à structure métallurgique complexe, pour des refroidissements rapides par pulvérisation de liquide, ou par pulvérisation d’un mélange de gaz et de liquide, et pour des vitesses de refroidissement de l’ordre de 200 °C/s à 1000 °C/s, sont typiquement des ondulations longitudinales par exemple des bords longs ou un centre long en réponse à une déviation thermique entre centre et rives des produits.
Des défauts de types cloques dispersées peuvent être observés pour des refroidissements localement très hétérogènes, par exemple lors du refroidissement par immersion ou par pulvérisation avec des pressions faibles.
Arrière-plan technique
Selon l’état de la technique, différentes technologies peuvent être utilisées pour refroidir rapidement les bandes d’acier dans une ligne continue.
Le refroidissement au contact d’un liquide permet d’obtenir des pentes supérieures à 200 °C/s selon 3 types de technologies :
  • le refroidissement par pulvérisation d’un mélange de gaz et de liquide au moyen de buses bi-fluide,
  • le refroidissement par pulvérisation d’un liquide au moyen de buses mono-fluide,
  • la trempe par immersion dans un liquide, éventuellement combinée avec une pulvérisation de liquide.
Selon l’état de la technique, les technologies de refroidissement rapide au contact d’un liquide sont à l’origine d’une hétérogénéité thermique qui résulte de plusieurs phénomènes physiques et plusieurs contraintes techniques.
Le premier phénomène physique à considérer est le phénomène de Leidenfrost qui consiste en une augmentation brutale du coefficient de transfert thermique par convection lors de la transition entre le régime de refroidissement en phase vapeur et le régime de refroidissement en phase liquide.
Lors du refroidissement d’une surface à température élevée par contact avec un liquide, par immersion ou par pulvérisation, tous les points de la surface suivent un chemin thermique non linéaire, en fonction de l’évolution du coefficient d’échange thermique selon les quatre régimes de refroidissement successifs représentatifs du refroidissement par contact avec un liquide :
  • Pour des températures élevées de la surface refroidie, typiquement supérieures à environ 600 °C, nous avons un refroidissement en film de vapeur. Une couche de vapeur isole totalement la bande du contact avec le liquide ce qui conduit à un coefficient d’échange thermique stable et faible.
  • Pour des températures intermédiaires définissant un domaine de transition, typiquement entre environ 600 °C et 200 °C, le régime de refroidissement est instable et une forte variation du coefficient d’échange thermique est observée.
  • Pour les températures plus faibles, c’est-à-dire typiquement entre environ 200 °C et 100 °C, nous avons un refroidissement en régime d’ébullition nuclée, avec une décroissance rapide du coefficient d’échange thermique lorsque la température de la surface diminue.
  • Pour les températures faibles, typiquement inférieures à 100 °C, le régime de refroidissement est un régime de convection.
L’instabilité thermique locale dans la zone de transition entre le refroidissement en phase vapeur et le refroidissement en phase liquide, habituellement observée entre 600 °C et 200 °C peut être à l’origine de défauts de planéité en réponse à une hétérogénéité thermique locale.
Le deuxième phénomène à considérer est la discontinuité des propriétés physiques et mécaniques des produits observée lors des transformations de phases métallurgiques liées aux procédés de refroidissement rapide, par exemple à 500 °C pour une température typique de transformation bainitique et à 350 °C pour une température typique de début de transformation martensitique.
Aux contraintes thermiques qui résultent des dilatations différentielles dans le sens de défilement du produit et dans la largeur du produit se superposent des contraintes de transformation de phases métallurgiques conduisant à une distribution de contraintes internes très hétérogène, avec une alternance de contraintes de traction et de contraintes de compression en différents points du produit.
Une première contrainte technique est le contrôle de la vitesse de refroidissement et de la température finale pour la réalisation des cycles thermiques spécifiques pour l’obtention des aciers à structures complexes tels que les aciers TRIP ou Q&P ou CP.
Une autre contrainte technique est le contrôle de la différence d’efficacité thermique dans la largeur du produit, quel que soit le fluide utilisé, résultant des chemins privilégiés d’écoulement du fluide entre le centre et les bords du produit en lien avec l’agencement des buses, l’hétérogénéité de distribution du gaz ou de liquide liée à la géométrie d’alimentation, le défaut de planéité initiale ou la vibration de la bande.
Une autre contrainte technique est le contrôle de la discontinuité d’efficacité de refroidissement dans la direction de défilement des produits créée par les équipements annexes au refroidissement tels que les rouleaux de stabilisation, les couteaux d’eau ou les couteaux d’air placés entre les différentes sections de pulvérisation pour interrompre le ruissellement de l’eau qui perturbe l’homogénéité transversale des produits.
Les contraintes de contrôle de l’homogénéité thermique transversale, de contrôle de la continuité de refroidissement dans le sens de défilement et de contrôle de la précision de la température finale ne peuvent pas être efficacement satisfaites avec les procédés courants de refroidissement par immersion selon l’état de la technique.
Les procédés de refroidissement par pulvérisation permettent un ajustement du refroidissement dans le sens de défilement, par exemple par un ajustement du pas longitudinal entre les rangées de buses, un ajustement de la géométrie des buses, à jets plats ou à jets coniques et un ajustement des caractéristiques du liquide de refroidissement
FR2940978 de la déposante décrit un procédé de contrôle de l’homogénéité du refroidissement par projection d’un liquide ou d’un mélange de gaz et liquide suivant la largeur et/ou la longueur d’une bande métallique, par la détermination de la zone de disparition du film vapeur et l’adaptation des paramètres de refroidissement tels que la température du liquide, la vitesse, le débit ou la taille des gouttes et le débit de gaz pour un refroidissement par projection d’un mélange de gaz et de liquide afin de maintenir la phase vapeur en tout point.
L’invention ne permet pas le contrôle de l’homogénéité thermique pour la réalisation des cycles thermiques avec une température finale inférieure à la température de Leidenfrost (entre 300 °C et 500 °C).
D’autre part, ce procédé qui maintient le refroidissement par pulvérisation dans la phase de film vapeur peu efficace en termes d’échange thermique ne permet pas d’atteindre les pentes de refroidissement requises pour la production des aciers à très haute limite élastique.
FR 16 62421 de la déposante décrit un dispositif de refroidissement avec une variation de la géométrie des buses dans le sens de défilement des produits pour un ajustement des coefficients d’échange thermique et le maintien d’une vitesse de refroidissement constante pour tous les régimes de refroidissement.
Cette invention permet le contrôle de la continuité de refroidissement dans le sens de défilement des produits seulement.
FR 1911391 de la déposante décrit un procédé de réduction des défauts de planéité par l’ajustement du chemin thermique dans le sens de défilement du produit selon l’évolution des proportions de phases métallurgiques, en particulier pour les aciers complexes Dual Phase, les aciers TRIP ou les aciers martensitiques.
L’amélioration de la planéité résulte de la réduction des contraintes internes dans la bande par un effet de compensation des contraintes thermiques et des contraintes de changement de microstructure.
Les solutions décrites selon l’état de l’art proposent généralement une amélioration de la planéité des produits par le contrôle de l’efficacité de refroidissement uniquement dans le sens de défilement du produit, et parfois également dans le sens de la largeur du produit.
Selon l’état de la technique, une solution courante pour l’ajustement de la capacité de refroidissement dans la largeur des produits consiste à fractionner le dispositif de refroidissement en une pluralité d’unités de refroidissement disposées transversalement et contrôlées indépendamment en débit de fluide de refroidissement.
Le nombre d’unités indépendantes est limité par les contraintes d’exploitation industrielle, typiquement cinq unités équipées de vannes de régulation des fluides, ce qui conduit à un contrôle transversal discontinu.
D’autre part, ces solutions ne permettent pas un ajustement précis de l’efficacité de refroidissement à la largeur variable des produits.
Elles ne permettent pas l’ajustement du refroidissement pour l’application d’un profil thermique variable, par exemple convexe ou concave ou de forme plus complexe en vagues, par exemple pour compenser les effets du ruissellement selon un chemin privilégié lié à un défaut de forme initial du produit.
Elles ne permettent pas de corriger un profil thermique initial non uniforme dans la largeur des produits.
L’objet de l’invention est de proposer un procédé de refroidissement d’une bande d’acier qui améliore les performances des procédés selon l’état de l’art, en permettant en particulier un ajustement progressif et continu de l’efficacité de refroidissement dans la direction de défilement et dans la direction transversale des produits, adaptable en fonction de l’état géométrique et thermique initial de la bande et de la particularité de son comportement thermomécanique en fonction de sa composition et de l’évolution des proportions de phases métallurgiques.
L’invention propose une amélioration du contrôle de l’intensité du refroidissement des produits, selon leur largeur et leur longueur, dans le procédé de refroidissement rapide par pulvérisation de liquide, ou de gaz et de liquide, afin d’améliorer l’homogénéité des caractéristiques métallurgiques et des propriétés mécaniques et aussi d’améliorer la planéité des bandes d’aciers en fin de traitement thermique.
Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un dispositif de refroidissement rapide dans une ligne continue de production de bandes métalliques, agencé pour refroidir la bande en défilement par projection sur celle-ci d’un liquide, ou d’un mélange d’un gaz et d’un liquide, au moyen de buses disposées sur des unités de projection, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend des unités de projection, mobiles en rotation sur un plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande, permettant un ajustement individuel et multidirectionnel de l’angle de projection desdites unités de projection, mobiles par rapport à la bande.
Avec un refroidissement par pulvérisation de liquide, ou de mélange de gaz et de liquide, l’efficacité de refroidissement dépend principalement du débit surfacique de liquide sur la surface à refroidir.
Le principe de l’invention repose sur une combinaison, d’une part, de la variation de la surface d’impact du jet d’une buse sur la bande, qui dépend de la distance de la buse à la surface refroidie, de l’angle d’inclinaison du jet et de la distance des buses entre elles et, d’autre part, de la variation simultanée de l’écoulement latéral du liquide à la surface du produit provenant des buses voisines.
L’invention repose également sur le contrôle de la localisation de la surface d’impact des jets selon la direction de défilement du produit.
Le dispositif selon l’invention permet un contrôle progressif et continu de l’efficacité de refroidissement par un ajustement local du débit surfacique total de liquide sur chaque portion de la bande et un contrôle de la localisation de la surface d’impact des jets sur la bande.
Le réglage multidirectionnel d’unités de refroidissement indépendantes permet en particulier un ajustement différencié en fonction du profil thermique et du profil géométrique de la bande à l’entrée de la section de refroidissement et pendant le refroidissement.
En un point de la bande, le débit surfacique total correspond à la somme du débit projeté en ce point par une buse, ou au moins deux buses en cas de recouvrement de jets en ce point, et du débit de ruissellement sur la bande qui résulte d’autres jets n’impactant pas la bande en ce point.
Le débit de ruissellement s’écoule en partie de haut en bas du fait de l’attraction terrestre mais également selon d’autres directions du fait de la vitesse d’un jet selon ces directions.
Le mouvement d’une unité mobile de projection en rotation sur un plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande permet de facilement ajuster un angle de projection de ladite unité mobile de projection par rapport à la bande pour l’ensemble des buses que comprend cette unité de projection. Cette rotation permet de modifier la localisation de la surface d’impact des jets ainsi que la dimension et la forme de la surface d’impact des jets produits par ces buses.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, le mouvement de rotation d’une unité mobile de projection est obtenu par un élément de pivot disposé d’un premier côté de l’unité mobile de projection et un élément de glissement disposé d’un second côté de l’unité mobile de projection, opposé au premier.
L’élément de pivot est avantageusement disposé du côté de l’unité de projection le plus proche du centre de la bande. Ainsi, l’effet sur le refroidissement de la bande de la rotation d’une unité de projection est plus marqué vers la rive de la bande.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, deux unités de projection, mobiles en rotation, sont disposées côte à côte, selon une direction définie par la largeur de bande, les deux unités mobiles de projection couvrant toute la largeur de la bande, leurs éléments de pivot étant disposés au voisinage du centre de la bande.
Les deux unités mobiles de projection peuvent être de même largeur, selon la largeur de bande, chacune couvrant une moitié de la largeur de bande. Elles peuvent également être de largeur différente.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, deux unités de projection, mobiles en rotation, sont disposées de part et d’autre d’une unité centrale de projection, selon une direction définie par la largeur de bande, les trois unités de projection couvrant toute la largeur de la bande, les éléments de pivot des unités mobiles de projection étant proximaux de l’unité centrale de projection.
L’unité centrale de projection disposée entre les deux unités latérales peut ne pas être mobile en rotation.
Le découpage transversal en trois unités permet de maintenir des conditions de refroidissement constantes sur la partie centrale tout en faisant varier celles sur les rives de la bande par une rotation des unités latérales.
La longueur des unités, selon la largeur de bande, est déterminée notamment selon la largeur maximale de la bande et selon l’importance de la surface de bande sur les rives où un ajustement du refroidissement doit être possible. Ainsi, les parties latérales mobiles en rotation peuvent être plus longues ou plus courtes que la partie centrale. Les parties latérales peuvent, par exemple, être deux fois plus longues que la partie centrale.
Les unités latérales de pulvérisation peuvent être en une seule partie ou elles peuvent comprendre au moins deux parties mobiles l’une par rapport à l’autre.
Par exemple, dans le cas où elles comprennent deux parties mobiles en rotation, la partie la plus éloignée du centre de la bande peut être mobile en rotation par rapport à la seconde partie autour d’un axe de rotation situé entre les deux parties.
Dans cette configuration, une première rotation de l’unité de pulvérisation peut permettre d’éloigner les buses de l’ensemble des deux parties de la bande d’un même angle et une seconde rotation limitée à la partie la plus éloignée du centre de la bande peut permettre d’éloigner davantage les buses de cette partie. A l’inverse, il est possible d’éloigner de la bande les buses de l’ensemble des deux parties d’un même angle puis de rapprocher celles de la partie la plus éloignée du centre de la bande.
De même, une première rotation de l’unité de pulvérisation peut permettre de rapprocher les buses de l’ensemble des deux parties de la bande d’un même angle et une seconde rotation limitée à la partie la plus éloignée du centre de la bande peut permettre de rapprocher davantage les buses de cette partie. A l’inverse, il est possible d’approcher de la bande les buses de l’ensemble des deux parties d’un même angle puis d’éloigner celles de la partie la plus éloignée du centre de la bande.
Selon un autre exemple, dans le cas où une unité de pulvérisation comprend deux parties mobiles en rotation, la partie la plus éloignée du centre de la bande peut être mobile en rotation par rapport à la seconde partie autour d’un axe de rotation situé au voisinage de l’extrémité de l’unité de pulvérisation la plus éloignée du centre de la bande.
Le mouvement de rotation d’une première partie d’une unité mobile de projection par rapport à une seconde partie de cette unité mobile peut être obtenu par un élément de pivot disposé d’un premier côté de la première partie et d’un élément de glissement disposé d’un second côté de ladite première partie, opposé au premier.
Un élément de glissement peut comprendre un rouleau en rotation autour de son axe longitudinal.
L’élément de glissement facilite la rotation de l’unité mobile, ou d’une partie de celle-ci, en assurant un maintien mécanique réduisant le poids devant être supporté par l’élément pivot.
Selon l’invention, l’angle de rotation d’une unité mobile de projection est compris entre -30° et +30° par rapport à un plan parallèle à la bande passant l’axe (61) de rotation de l’unité mobile. L’angle de rotation d’une première partie d’une unité mobile de projection par rapport à une seconde partie de cette unité mobile peut également être compris entre -30° et +30°.
Ces ouvertures angulaires importantes permettent une grande plage d’ajustement de la surface d’impacts des jets sur la bande, en position, forme et étendue, en particulier sur la largeur de la bande.
Une unité mobile de projection comprend au moins une rangée de buses selon une direction parallèle à la largeur de bande. Avantageusement, elle comprend plusieurs rangées de buses, par exemple cinq ou dix rangées.
Une rangée de buses d’une unité mobile de projection forme un axe longitudinal parallèle à la direction définie par la largeur de bande. Selon un exemple de réalisation de l’invention, une rangée de buses est mobile en rotation autour de cet axe longitudinal. Avantageusement, au moins deux rangées de buses d’une unité mobile de projection sont mobiles en rotation autour de leurs axes respectifs longitudinaux.
Avantageusement, des unités de projection qui ne sont pas mobiles en rotation disposent également d’une ou plusieurs rangées de buses mobiles en rotation autour de leurs axes longitudinaux.
L’inclinaison d’une ou plusieurs rangées de buses permet d’ajuster la localisation de la surface d’impact des jets desdites buses selon la longueur de la bande. Elle permet également d’agir sur la forme et l’étendue de la surface d’impact des jets sur la bande. Modifier l’inclinaison de rangées de buses permet ainsi un contrôle du profil de refroidissement de la bande selon la longueur de la section de refroidissement.
L’inclinaison de buses selon leur axe longitudinal est avantageusement réalisée aux endroits critiques sur le profil de refroidissement de la bande, par exemple au voisinage du point de Leidenfrost, là où se produisent des transformations métallurgiques, ou là où se trouvent des équipements introduisant une discontinuité du refroidissement, comme des rouleaux stabilisateurs.
L’angle de rotation d’une rangée de buses d’une unité mobile de projection autour de son axe longitudinal est compris entre -30° et +30° par rapport à un plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande comprenant cet axe longitudinal. Cette ouverture angulaire importante permet une grande plage d’ajustement de la surface d’impact des jets sur la bande, en position, forme et étendue, selon la longueur de la bande.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, les unités de projection mobiles sont mobiles en translation sur un plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande afin d’ajuster la distance de projection desdites unités de projection mobiles par rapport à la bande.
Avantageusement, les éventuelles unités de projection non mobiles en rotation disposées au centre de la bande sont également mobiles en translation selon la même direction que les unités mobiles en rotation.
L’ensemble des unités de projection disposées sur une même largeur de bande peuvent être disposées sur un châssis commun de sorte qu’elles soient déplacées en translation simultanément sur une même longueur. En variante, chaque unité peut être déplacée en translation indépendamment des autres autorisant des distances différentes à la bande selon l’unité de pulvérisation.
Le déplacement en translation des unités de projection permet de disposer d’un moyen complémentaire d’agir sur la forme et l’étendue de la surface d’impact des jets, et donc sur l’intensité du refroidissement.
Avantageusement, la translation d’une unité mobile de projection est possible sur une distance à la bande comprise entre 50 et 500 mm de sorte de disposer d’une grande plage d’ajustement de la surface d’impact des jets sur la bande.
Le mouvement de translation des unités mobiles de projection peut être réalisé par un élément de glissement dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement. Cet élément de glissement permet de limiter l’effort nécessaire pour le déplacement des unités de pulvérisation. L’élément de glissement peut comprendre une glissière ou un ou plusieurs rouleaux en rotation autour d’un axe longitudinal.
Les deux libertés de mouvement des unités mobiles de pulvérisation qui résultent de la combinaison d’un mouvement de rotation et d’un mouvement de translation permettent une grande liberté d’ajustement et ainsi un contrôle précis de l’intensité et de la distribution du refroidissement de la bande. Elles peuvent permettre une grande amplitude d’ajustement simultané de la distance et de l’angle de pulvérisation du fluide de refroidissement sur la bande en défilement.
Le dispositif de refroidissement rapide selon l’invention comprend tout ou partie des éléments suivants :
  • des buses de pulvérisation d’un liquide, ou d’un mélange d’un gaz et d’un liquide, disposées de part et d’autre de la bande par rapport à son plan de défilement,
  • des moyens d’ajustement de la surface d’impact des jets de liquide ou de mélange de gaz et liquide sur le produit,
  • des moyens d’ajustement du débit des fluides de refroidissement,
  • des moyens de mesure de la température dans la largeur des produits avant refroidissement et après refroidissement par aspersion,
  • des moyens de mesure de la planéité de la bande avant refroidissement et après refroidissement par aspersion,
  • des moyens de calculs des températures de transformations métallurgiques de la bande en fonction de sa composition chimique et de cycles thermiques attendus,
  • des moyens de calculs de la température de Leidenfrost en fonction des caractéristiques des buses de pulvérisation installées dans le dispositif de refroidissement, des débits de fluide appliqués pour la réalisation des cycles thermiques attendus,
  • des moyens de calculs de la distribution optimale de température dans la largeur et dans la direction de défilement de la bande dans la zone de refroidissement,
  • des moyens de pilotage du dispositif de refroidissement, en particulier l’ajustement de la surface d’impact et du débit du fluide de refroidissement.
Selon l’invention, l’intensité de refroidissement de la bande peut être réglée par un ajustement du débit surfacique selon la direction du défilement et selon la direction transversale de la bande.
L’ajustement de débit surfacique peut être réalisé par un réglage de la quantité de liquide, ou de mélange gaz et liquide, projeté sur la bande. Des zones de refroidissement limitées par une subdivision transversale et une subdivision longitudinale peuvent comprendre des éléments de réglage de la quantité de liquide, ou de mélange gaz et liquide, projeté sur la bande. Ainsi, des moyens de réglages peuvent permettre un ajustement du débit d’alimentation des buses sur la longueur et/ou la largeur de la bande.
L’ajustement de débit surfacique peut être réalisé par un réglage de l’angle d’unités de pulvérisation, mobiles en rotation. Il peut également être réalisé par un déplacement en translation d’unités mobiles de pulvérisation, sans inclinaison des unités de pulvérisation ou en complément d’une inclinaison des unités de pulvérisation.
L’inclinaison de jets vers les rives de la bande conduit à une augmentation de la surface d’impact de ces jets et à une augmentation du taux de recouvrement de ces jets contigus aux bords de la bande.
L’écoulement latéral du liquide le long de la surface vers les bords de la bande compense la diminution de débit surfacique qui résulte de l’augmentation de la surface d’impact avec un débit d’alimentation maintenu constant pour un jet.
La combinaison de la redistribution du recouvrement des surfaces d’impact et de l’écoulement du liquide à la surface de la bande conduit à une augmentation du débit total reçu par les bords de la bande.
De même, l’inclinaison du jet vers le centre de la bande conduit à une diminution de la surface d’impact du jet et à une augmentation du taux de recouvrement des jets contigus au centre de la bande.
La combinaison de la redistribution du recouvrement des surfaces d’impact et de l’écoulement du liquide à la surface de la bande vers le centre conduit à une augmentation du débit total reçu par le centre de la bande.
Selon une possibilité offerte par l’invention, le liquide, ou le mélange d’un gaz et d’un liquide, peut être choisi pour être non oxydant pour la bande. Le liquide est par exemple une solution aqueuse comprenant entre 0,1 % et 6 % en masse d’acide formique. Le gaz est par exemple de l’azote, ou un mélange d’azote et d’hydrogène.
Avantageusement, les buses de pulvérisation sont quinconcées par rangées de buses. Par exemple, les buses d’une seconde rangée sont décalées par rapport à celles d’une première rangée, selon la largeur de la bande, de la moitié de la distance entre deux buses. Les buses disposées de part et d’autre de la bande sont également quinconcées de sorte qu’il n’y ait pas de buses en vis-à-vis, de part et d’autre de la bande.
L’intensité de refroidissement peut également être réglée par un ajustement de la température du fluide de refroidissement dans la direction du défilement et dans la direction transversale de la bande.
Selon un exemple de réalisation de l’invention, le dispositif de refroidissement rapide comprend au moins trois unités de projection, mobiles dans la direction de défilement de la bande et trois unités de projection, mobiles selon la largeur de bande, chaque unité comprenant au moins deux rangées de buses mobiles en rotation autour de leurs axes longitudinaux.
Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé une ligne continue de production de bandes métalliques, caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif de refroidissement selon le premier aspect de l’invention, la ligne comprenant en outre un moyen de détermination du profil transversal géométrique de la bande et un moyen de détermination du profil transversal de température de la bande en entrée de la section de refroidissement.
Le moyen de détermination du profil transversal géométrique de la bande est par exemple un laser ou une caméra optique.
Le moyen de détermination du profil transversal de température de la bande est par exemple un pyromètre.
La connaissance du profil transversal géométrique et du profil transversal de température de la bande en entrée de la section de refroidissement est utilisée pour ajuster l’intensité du refroidissement sur la largeur de la bande, selon la nature de ces profils.
Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de refroidissement rapide d’une bande en défilement dans une ligne continue de production de bandes métalliques, par projection sur celle-ci d’un liquide, ou d’un mélange d’un gaz et d’un liquide, au moyen d’un dispositif de refroidissement rapide selon le premier aspect de l’invention, caractérisé en ce qu’on ajuste localement l’intensité du refroidissement sur une portion de bande en modifiant la quantité de débit surfacique de liquide sur ladite portion en agissant sur l’angle de projection d’une unité mobile de projection disposée au voisinage de ladite portion.
Avantageusement, on affine l’ajustement de l’intensité du refroidissement d’une unité mobile de projection en la rapprochant ou en l’éloignant de la bande par un déplacement en translation de celle-ci selon une direction parallèle au plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement.
Selon l’invention, on ajuste l’intensité du refroidissement d’une unité mobile de projection en agissant sur son angle de projection, et optionnellement sur sa distance à la bande, pour minimiser des contraintes internes qui résultent de différences de températures de la bande dans la direction du défilement et dans la direction transversale de la bande.
Avantageusement selon l’invention, le procédé comprend une étape de détermination du profil transversal géométrique et du profil transversal de température de la bande en entrée de la section de refroidissement et on ajuste localement l’intensité du refroidissement sur une portion de bande en modifiant la quantité de débit surfacique de liquide sur ladite portion selon lesdits profils transversaux de la bande.
La modification de la quantité de débit surfacique de liquide est avantageusement obtenue par un ajustement de l’angle de pulvérisation des buses.
Avantageusement, l’ajustement de l’angle de pulvérisation, et optionnellement de la distance de pulvérisation, est déterminé pour chaque unité de projection en fonction de la distribution de température visée sur la longueur et la largeur de la bande le long de la section de refroidissement et de la forme initiale de la bande à l’entrée de la section de refroidissement et de son évolution pendant le refroidissement.
Avantageusement, le procédé selon l’invention comprend en outre une étape de détermination du comportement thermomécanique de la bande en fonction de sa composition et de l’évolution des proportions de phases métallurgiques lors de son refroidissement et en ce qu’on ajuste localement l’intensité du refroidissement sur une portion de bande en modifiant la quantité de débit surfacique de liquide sur ladite portion selon ledit comportement.
On ajuste des paramètres de pilotage des unités mobiles de projection pour minimiser des contraintes internes qui résultent de différences de température dans la direction du défilement et dans la direction transversale de la bande.
La méthode pour déterminer les paramètres de pilotage du dispositif de refroidissement rapide pour améliorer l’homogénéité thermique de la bande dans la direction du défilement et dans la direction transversale peut être décrite comme comportant trois étapes.
La première étape consiste à évaluer les paramètres caractéristiques des produits à refroidir.
Le premier paramètre caractéristique est la température des transformations métallurgiques. Celles-ci s’accompagnent d’une forte variation des propriétés mécaniques et thermo-physiques de la bande, en particulier une forte variation du coefficient de dilatation thermique.
En effet, les transformations de la phase austénitique vers les phases ferritique, perlitique, bainitique ou martensitique s’accompagnent d’un changement de structure cristallographique et d’une augmentation de volume qui se traduit par une diminution du coefficient de dilatation thermique.
Cette rupture observée sur la courbe d’évolution du coefficient de dilatation thermique pendant le procédé de refroidissement génère des contraintes internes qui résultent des changements de volumes qui accompagnent les changements de phases.
La combinaison de ce phénomène métallurgique avec l’hétérogénéité thermique qui résulte du procédé de refroidissement selon l’état de la technique conduit à une distribution de contraintes hétérogène, avec une alternance de contraintes de traction et de contraintes de compression en différents points de la bande.
Les températures de transformations métallurgiques et l’évolution du coefficient de dilatation dépendent principalement de la composition de la bande et du cycle thermique de recuit qui détermine le pourcentage d’austénite susceptible de se transformer lors du refroidissement et de la vitesse de refroidissement.
Les températures de transformations métallurgiques et les courbes d’évolution des propriétés thermo-physiques pendant le refroidissement rapide peuvent être déterminées précisément par les lois usuelles disponibles selon l’état de l’art à partir des données d’exploitation telles que la composition chimique de la bande et les cycles thermiques associés. Les valeurs typiques de la température de transformation bainitique sont comprises entre 600 °C et 400 °C. Les valeurs typiques de la température de début de transformation martensitique sont comprises entre 450 °C et 250 °C.
Le deuxième paramètre caractéristique est la vitesse minimale de refroidissement nécessaire pour obtenir la (les) transformation(s) métallurgique(s) souhaitée(s).
Dans le cas où on ne recherche qu’une transformation d’austénite en martensite, on calcule la vitesse de refroidissement minimale qui évite une transformation en une autre phase, par exemple de la bainite.
Les vitesses de refroidissement nécessaires pour obtenir les microstructures métallurgiques requises dépendent de la composition de l’acier, de la température de recuit et du temps de maintien à la température de recuit.
Le type de transformation métallurgique observé à partir d’une structure totalement ou partiellement austénitique obtenue en fin de zone de maintien dépend de la vitesse de refroidissement appliquée.
Pour des vitesses de refroidissement lentes, inférieures à 1 °C/s, on observe une transformation de la structure austénitique vers les structures ferritique et perlitique. Pour des vitesses de refroidissement moyennes, inférieures à 25 °C/s, on observe une transformation de la structure austénitique vers les structures ferritique et bainitique. Pour des vitesses de refroidissement rapides, supérieures à 100 °C/s, on observe principalement une transformation de la structure austénitique vers la structure martensitique lorsque la température de fin de refroidissement est inférieure à celle du début de la transformation martensitique. La teneur en éléments d’alliage, tels que le Manganèse, le Chrome ou le Molybdène, impacte ces seuils de vitesses de refroidissement.
La deuxième étape consiste à déterminer la distribution de température optimale dans la longueur et dans la largeur du produit au moyen de modèles prédictifs pour obtenir la qualité de produit attendue, à savoir l’homogénéité des caractéristiques métallurgiques, l’homogénéité des propriétés mécaniques et la planéité.
Ces trois caractéristiques qui conditionnent la qualité du produit final dépendent de l’homogénéité thermique pendant l’étape de refroidissement.
Le modèle prédictif thermique repose sur la courbe d’évolution du coefficient d’échange thermique entre la bande et le fluide en fonction des régimes de refroidissement.
Pour les procédés de refroidissement rapide par pulvérisation de liquide, le phénomène de Leidenfrost génère une forte augmentation du coefficient d’échange dans la zone de transition entre phase vapeur et phase liquide ce qui implique une forte variation des contraintes internes dans la bande.
La température de Leidenfrost dépend de nombreux paramètres, en particulier les caractéristiques de pulvérisation telles que la vitesse et le diamètre des gouttes, le maillage des buses, la distance des buses à la bande, la température et la nature du fluide.
Ces paramètres peuvent être déterminés expérimentalement pour différents types de buses de pulvérisation afin de constituer des tables applicables aux cas de production industrielle.
Les valeurs typiques de température de Leidenfrost sont comprises entre 200 °C, pour les plus faibles vitesses de pulvérisation, et 1000 °C pour les plus grandes vitesses.
Le modèle prédictif thermique permet de déterminer la distribution de température dans le sens de défilement et dans la largeur du produit en intégrant les paramètres caractéristiques du produit identifiés à l’étape 1, c’est-à-dire la vitesse minimale de refroidissement, les températures caractéristiques des transformations métallurgiques et la température caractéristique de l’évolution du coefficient d’échange thermique, à savoir, la température de Leidenfrost.
Le modèle prédictif thermomécanique permet d’évaluer les contraintes internes et les défauts de planéité qui résultent de la distribution de température évaluée par le modèle prédictif thermique.
La combinaison des deux modèles prédictifs thermique et thermomécanique permet de déterminer la distribution de température optimale pour atteindre la planéité attendue et réduire les variations locales de température et la variation globale de température entre centre et bords du produit pour atteindre la qualité attendue comprenant l’homogénéité des caractéristiques métallurgiques, l’homogénéité des propriétés mécaniques et la planéité.
La troisième étape consiste à déterminer les paramètres de réglage à appliquer au dispositif de refroidissement selon l’invention afin d’obtenir la distribution de température calculée à l’étape 2.
La ligne selon l’invention peut comprendre des moyens de mesure de la température dans la largeur des produits et des moyens de mesure de la planéité, avant refroidissement et après refroidissement par aspersion.
Selon un aspect de l’invention, les modèles prédictifs décrits à l’étape 2 permettent de compléter une table de paramètres de pilotage du dispositif de refroidissement pour obtenir la distribution de température optimale pour chaque cas de production.
Avantageusement, la ligne équipée du dispositif de refroidissement selon l’invention peut comprendre des moyens d’intelligence artificielle pour relier les données collectées par les capteurs de températures et de planéité aux objectifs de distribution de températures déterminés par les modèles prédictifs et finalement aux paramètres de pilotage du dispositif de refroidissement selon l’invention pour atteindre ces objectifs.
La ligne comprend un système de contrôle et de commande apte à déterminer et à appliquer les paramètres de fonctionnement de la section de refroidissement selon les caractéristiques de la bande en entrée de la section de refroidissement et l’évolution de celles-ci le long de la section de refroidissement.
Le système de contrôle et de commande comprend des moyens de calculs permettant de déterminer les paramètres de fonctionnement de la section de refroidissement, notamment pour mettre en œuvre des modèles thermiques et métallurgiques et des algorithmes d’intelligence artificielle.
Avantageusement, le système de contrôle et de commande de la ligne peut déterminer et appliquer les paramètres de fonctionnement de la section de refroidissement de manière autonome, sans nécessiter l’intervention d’un opérateur.
L’invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d’autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d’exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs.
 Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue longitudinale, d’une ligne continue de traitement à four vertical comprenant une section 1 de refroidissement rapide, équipée d’unités 2 de refroidissement par pulvérisation d’un fluide de refroidissement, selon un exemple de réalisation de l’invention ;
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de face d’une unité 2 de refroidissement de la section 1 de refroidissement rapide de la comprenant deux unités latérales 3 de projection, mobiles en rotation et une unité centrale 4 de projection, mobile en translation ;
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de dessus d’une unité 2 de refroidissement de la , dans une position où l’unité centrale 4 de pulvérisation et les unités latérales 3 de pulvérisation sont alignées selon une direction parallèle à la largeur de la bande, produisant un jet perpendiculaire à la bande 8 ;
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de dessus de l’unité 2 de refroidissement de la , dans une position où les unités latérales 3 sont inclinées de 10° conduisant à une augmentation de la distance de pulvérisation ;
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de dessus, de l’unité 2 de refroidissement de la , dans une position où les unités latérales 3 sont inclinées de -10° conduisant à une diminution de la distance de pulvérisation ;
ajoute à la une vue schématique de la surface d’impact des jets pour cette disposition des unités latérales 3 ;
ajoute à la une vue schématique de la surface d’impact des jets pour cette disposition des unités latérales 3 ;
est un graphique illustrant l’évolution de la répartition de débit surfacique de fluide de refroidissement dans la largeur de la bande le long de l’axe médian de l’impact des jets pour les cas représentés en Figures 6 et 7 ;
ajoute à la une vue schématique de la surface d’impact des jets pour cette disposition des unités latérales 3 ;
est un graphique illustrant l’évolution de la répartition de débit surfacique de fluide de refroidissement dans la largeur de la bande le long de l’axe médian de l’impact des jets dans les cas des Figures 6 et 9 ;
est une vue schématique de la surface d’impact des jets pour le cas d’un jet perpendiculaire à la bande comme représenté en mais avec une diminution du débit sur les bords de la bande ;
est un graphique illustrant l’évolution de la répartition de débit surfacique de fluide de refroidissement dans la largeur de la bande le long de l’axe médian de l’impact des jets dans le cas de la Figure 13 ;
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de dessus d’une unité 2 de refroidissement de la , dans une position où l’unité centrale 4 de pulvérisation et les unités latérales 3 de pulvérisation sont alignées selon une direction parallèle à la largeur de la bande, la bande 8 ayant un profil géométrique initialement concave dans le plan perpendiculaire au plan de la bande et perpendiculaire à la direction de défilement ;
est une vue schématique de la combinaison des surfaces d’impact des jets pour les 2 faces de la bande pour la disposition des unités latérales 3 de la  ;
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de dessus d’une unité 2 de refroidissement de la , dans une position où les unités latérales 3 de pulvérisation sont inclinées, la bande 8 ayant un profil géométrique initialement concave dans le plan perpendiculaire au plan de la bande et perpendiculaire à la direction de défilement ;
est une vue schématique de la combinaison des surfaces d’impact des jets pour les 2 faces de la bande pour la disposition des unités latérales 3 de la  ;
est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de côté de deux unités 3 de pulvérisation de la disposées en vis-à-vis de part et d’autre de la bande, chaque unité comprenant six rampes de pulvérisation 11 et 12 perpendiculaires au plan de la bande 8, les rampes 11 d’une face étant décalées des rampes 12 de l’autre face dans le plan perpendiculaire à la bande et parallèle au défilement de la bande ;
est une vue similaire à celle de la , avec la première rangée de buses inclinée de 10° dans le plan perpendiculaire au plan de la bande 8 et parallèle au défilement de la bande, dans le sens opposé au défilement de la bande, celui-ci étant de haut en bas ;
est une vue similaire à celle de la , avec la première rangée de buses étant inclinée de 10° dans le plan perpendiculaire au plan de la bande 8 et parallèle au défilement de la bande, dans le sens du défilement de la bande ;
comprend sur sa partie gauche une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue de côté de deux unités successives 3 de pulvérisation selon la , et sur sa partie droite une courbe 20 illustrant l’évolution de la température de la bande et sur laquelle sont visibles des discontinuités 15, 16, 17, 18 dans le sens de défilement de la bande obtenues lorsque les jets sont perpendiculaires à la bande ;
est une vue similaire à celle de la avec des jets inclinés selon la direction de défilement de la bande pour ajuster l’efficacité de refroidissement au passage des points de discontinuité observés en  ;
est un graphique illustrant l’évolution du profil thermique dans la largeur de la bande obtenue après refroidissement avec et sans inclinaison des jets dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement, à partir d’un profil thermique transverse initial concave.
 Description détaillée de l’invention
Selon un exemple de réalisation de l’invention, des unités 2 de refroidissement selon la sont intégrées dans une section 1 de refroidissement rapide d’une ligne de traitement verticale selon la . Ils comprennent un découpage transversal en trois unités 3, 4 de pulvérisation, mobiles en translation dans le plan horizontal perpendiculaire à la bande selon la . Les unités latérales 3 sont également mobiles en rotation sur un plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande.
Les unités 3 de pulvérisation, mobiles en rotation, comprennent un élément de pivot 6 disposé au voisinage de leur extrémité 31 située vers le centre de la bande et un élément 5 de glissement disposé au voisinage de leur extrémité 32 située vers un bord de la bande. Un élément 7 de glissement complémentaire contribue au déplacement en translation des unités 3, 4 de pulvérisation. Dans cet exemple illustré en , les trois unités 3, 4 sont liées mécaniquement. Elles se déplacent en translation en un même mouvement pour se rapprocher ou s’éloigner d’une même distance de la bande.
Dans cet exemple de réalisation, chaque unité 3, 4 de la subdivision transversale d’une unité de refroidissement comprend six rangées de buses de pulvérisation dans le sens de défilement de la bande. Chaque rangée de pulvérisation est équipée de vingt buses 21 de pulvérisation, espacées de 80 mm dans le plan horizontal perpendiculaire au plan de la bande. Les rangées de buses sont espacées de 150 mm dans la direction du défilement de la bande. La distance entre la bande et les buses est, dans cet exemple, égale à 300 mm pour l’ensemble des buses lorsque les unités 3, 4 de subdivision transversale sont toutes parallèles à la bande.
L’angle de rotation des unités latérales 3 de pulvérisation permettant l’inclinaison des jets de fluide de refroidissement est compris entre -30° et +30° dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement. Cet angle est nul lorsque les buses sont parallèles à la bande, il est de -30° lorsque les buses sont rapprochées de la bande et il est de +30° lorsque les buses sont éloignées de la bande.
La distance de translation des unités 3, 4 de pulvérisation permettant l’augmentation ou la diminution de la longueur du jet pulvérisé est comprise entre 50 et 500 mm dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement.
Une rotation d’une unité latérale en s’éloignant de la bande a pour effet d’augmenter la distance de ses buses à la bande. A l’inverse, une rotation d’une unité latérale en s’approchant de la bande a pour effet de réduire la distance de ses buses à la bande. Cette augmentation ou diminution de distance qui résulte de la rotation des unités latérales est fonction de la position de la buse sur l’unité de pulvérisation. L’ampleur de cette augmentation ou diminution sera d’autant plus grande que la buse est éloignée de l’axe de rotation de l’unité. Ainsi, les buses disposées vers une rive de la bande s’écartent ou se rapprochent davantage de la bande que les buses situées vers le centre de la bande lorsque l’axe de rotation de l’unité de pulvérisation se trouve du côté de l’unité le plus proche du centre de la bande.
Les Figures 6 à 12 illustrent la répartition de débit surfacique sur la largeur d’une bande initialement plane d’une rangée de buses dans la direction de la largeur de la bande, pour différentes configurations d’inclinaison des unités latérales orientables 3 de pulvérisation.
La illustre la répartition de débit surfacique pour le cas de jets perpendiculaires à la bande. Dans cette configuration, la surface 9 d’impact des jets sur la bande est circulaire et le recouvrement des jets est tel qu’il conduit à une répartition sensiblement uniforme du débit d’eau le long d’un axe médian 10 de l’impact des jets d’une rangée de buses.
La illustre la répartition de débit surfacique lorsque les unités latérales de pulvérisation sont inclinées d’un angle de +10°, en s’éloignant de la bande. Cette inclinaison conduit à une augmentation de la distance de pulvérisation dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement. Cette augmentation de la distance de pulvérisation est différente selon les buses. Elle est la plus importante pour les buses les plus éloignées du centre de la bande, pour cet exemple de réalisation où l’axe de rotation de l’unité de pulvérisation se trouve du côté de l’unité le plus proche du centre de la bande. L’unité 4 de pulvérisation centrale reste parallèle à la bande. La distance de ses buses à la bande est constante.
Dans cette configuration, la surface 9 d’impact des jets des unités latérales est elliptique d’axe principal dans la direction de la largeur de la bande.
Sur la surface de la bande concernée par les unités latérales 3 de pulvérisation, la combinaison de l’augmentation de la surface d’impact, du recouvrement des jets qui en résulte et de l’effet de l’évacuation de l’eau vers les bords de la bande conduit à une augmentation du débit surfacique reçu par le bord de la bande, le long de l’axe médian 10 de l’impact des jets. L’unité 4 de pulvérisation centrale restant parallèle à la bande, la partie centrale de la bande recevant les jets de celle-ci n’est pas impactée par l’inclinaison des unités latérales 3. La distance à la bande et le recouvrement entre les jets y restent constants.
Avantageusement, l’effet qui résulte de l’inclinaison des unités latérales 3 de pulvérisation permet de compenser un profil thermique transverse initial caractérisé par des bords de bande plus chauds que le milieu de la bande.
La illustre l’évolution de la répartition de débit surfacique de fluide de refroidissement dans la largeur de bande le long de l’axe médian de l’impact des jets pour les deux configurations illustrées en Figures 3 et 4 :
  • en trait continu, dans le cas d’un jet perpendiculaire à la bande ;
  • en trait discontinu, dans le cas d’un jet incliné d’un angle de +10° pour les unités latérales 3.
La illustre la répartition de débit surfacique pour le cas où les unités latérales 3 de pulvérisation sont inclinées d’un angle de -10°, en se rapprochant de la bande. Il en résulte une diminution de la distance de pulvérisation dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement pour ces unités.
Dans cette configuration, la surface 9 d’impact des jets est elliptique d’axe principal dans la direction de la largeur du produit. Pour les buses des unités 3 de pulvérisation, disposées vers le centre de la bande, l’inclinaison des unités a pour effet d’augmenter la surface d’impact et le recouvrement des jets. A l’inverse, pour les buses disposées vers les bords de la bande, l’inclinaison des unités a pour effet de diminuer la surface d’impact et le recouvrement des jets. Combiné à l’effet de l’évacuation de l’eau vers le centre de la bande, cela conduit à une diminution du débit surfacique reçu par le bord de la bande et une augmentation du débit surfacique reçu par le centre de la bande, le long d’un axe médian 10 de l’impact des jets.
Avantageusement, cet effet permet de compenser un profil thermique transverse initial caractérisé par des bords de la bande plus froids que le milieu de la bande.
La illustre l’évolution de la répartition de débit surfacique de fluide de refroidissement dans la largeur de bande le long de l’axe médian de l’impact des jets pour les deux configurations illustrées en Figures 6 et 9 :
  • En trait continu, dans le cas d’un jet perpendiculaire à la bande,
  • En trait discontinu, dans le cas d’un jet incliné d’un angle de -10° pour les unités latérales 3, avec la diminution de la distance de pulvérisation dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement qui résulte de cette inclinaison.
L’ajustement simultané de l’inclinaison des unités latérales orientables de pulvérisation et de la distance de pulvérisation qui en résulte permet aussi un ajustement précis de l’efficacité de refroidissement à la largeur variable des produits.
La illustre la répartition de débit surfacique pour le cas d’un jet perpendiculaire à la bande, avec une diminution du débit de liquide de refroidissement aux bords de la bande.
La surface 9 d’impact des jets est circulaire et le recouvrement des jets conduit à une répartition du débit d’eau le long de l’axe médian 10 de l’impact des jets uniforme dans la partie centrale de la bande et une diminution progressive du débit surfacique en allant vers les bords de la bande.
Ce réglage conduit à un profil de répartition du débit surfacique discontinu, caractérisé par une distribution uniforme dans la partie centrale de la bande et une diminution linéaire du débit surfacique au bord de la bande.
La largeur de bande influencée par l’ajustement de débit dépend de l’alimentation des buses. Celles-ci peuvent être équipées de moyens permettant d’ajuster individuellement le débit de chaque buse. Selon un autre exemple, l’ajustement est réalisé collectivement pour une rangée de buses disposées verticalement sur une même largeur de bande ou sur deux ou plusieurs rangées verticales de buses. D’autres combinaisons sont possibles. L’alimentation de groupe de buses peut également être différente sur la longueur de la section de refroidissement, dans le sens de défilement de la bande.
Par exemple, pour une alimentation subdivisée en cinq sections transversales, la largeur de bande influencée par un ajustement de débit est au moins égale à la largeur d’une section.
La illustre l’évolution de la répartition de débit surfacique de fluide de refroidissement dans la largeur de bande le long de l’axe médian de l’impact des jets pour les deux configurations illustrées en Figures 6 et 11 :
  • En trait continu, dans le cas d’un jet perpendiculaire à la bande, appliqué uniformément sur toute la largeur de la bande,
  • En trait discontinu, dans le cas d’une distribution uniforme dans la partie centrale de la bande et d’une diminution progressive du débit vers le bord de la bande.
La discontinuité d’application du débit de fluide de refroidissement conduit à une discontinuité du profil thermique transversal et une augmentation des contraintes internes à l’origine des défauts de planéité.
L’ajustement de l’inclinaison des unités latérales orientables de pulvérisation et de la distance de pulvérisation qui en résulte permet de modifier la répartition de débit surfacique de fluide de refroidissement à la surface de la bande pour ajuster l’efficacité de refroidissement dans la direction transversale des produits et permettre de compenser les effets du ruissellement selon un chemin privilégié lié à un défaut de forme initial, ou corriger un profil thermique initial non uniforme dans la largeur des produits.
Selon un autre exemple de réalisation de l’invention, la bande est non plane avant refroidissement, par exemple caractérisée par un défaut de forme initiale concave associé à un profil thermique concave se traduisant par des bords de la bande plus chauds que le centre.
La illustre la variation de la distance de pulvérisation et de l’angle de pulvérisation en cas de rampes de pulvérisation alignées dans le plan perpendiculaire au plan de la bande et perpendiculaire à la direction de défilement. Il en résulte une pulvérisation non symétrique pour les deux faces de la bande.
La illustre le recouvrement des surfaces d’impact des jets pour les deux faces de la bande. On constate que si on superpose les surfaces d’impact opposées sur les deux faces de la bande, on obtient un effet de compensation, avec une surface d’impact globale sensiblement constante sur la largeur de la bande.
Pour cette configuration, l’effet de compensation des effets opposées sur les deux faces relativement aux distances de pulvérisation et aux angles de pulvérisation ne permet pas de modifier le profil thermique initial en particulier pour réduire la différence de température entre centre et bords du produit et pour réduire la différence de vitesse de refroidissement entre centre et bords du produit.
L’inclinaison différenciée des unités de refroidissement de chaque côté de la bande, comme illustrée par la , permet d’accentuer le refroidissement au centre de la bande en combinant l’effet de concentration du ruissellement de l’eau du côté convexe de la bande et l’effet de diminution de la distance de pulvérisation au centre du côté concave de la bande.
La illustre le recouvrement des surfaces d’impact des jets pour les 2 faces de la bande et l’effet d’accentuation de débit surfacique obtenu par la superposition des surfaces opposées.
Contrairement à la , on constate en effet que si on superpose les surfaces d’impact opposées sur les deux faces de la bande, on obtient une surface d’impact globale sensiblement différente sur la largeur de la bande. Selon un exemple de réalisation de l’invention, l’unité de refroidissement selon la intégré dans une ligne de traitement verticale selon la comprend également des moyens d’ajustement de l’efficacité de refroidissement dans la direction du défilement des produits.
Par exemple, sur la , chaque rangée 210 de buses du dispositif de refroidissement forme un axe 62 longitudinal et comprend un dispositif 13 de rotation autour de cet axe 62 longitudinal.
Ces moyens d’ajustement de l’efficacité de refroidissement dans la direction du défilement des produits viennent en complément de tout ou partie des moyens d’ajustement de l’efficacité de refroidissement décrits dans les exemples de réalisation précédents, notamment en étant combinés à un décalage des jets dans le plan perpendiculaire à la bande et parallèle au défilement de la bande.
La illustre la répartition de débit surfacique pour six rampes de pulvérisation 11, 12 alignées dans le plan perpendiculaire au plan de la bande 8 et parallèle au défilement de la bande.
Dans cette configuration, la surface d’impact des jets est circulaire et le recouvrement des surfaces conduit à une répartition uniforme du débit d’eau le long d’un axe médian de l’impact des jets.
La illustre la répartition de débit surfacique pour le cas où la première paire de rampes dans le sens de défilement de la bande produit un jet incliné dans le plan perpendiculaire à la bande et parallèle à la direction de défilement de la bande, dans le sens opposé au défilement de la bande.
Dans cette configuration, la modification du recouvrement des surfaces d’impact des jets permet de diminuer l’intensité de refroidissement dans la zone d’impact des deux premières rampes pour un refroidissement plus lent en début d’unité de pulvérisation.
La illustre la répartition de débit surfacique pour le cas où la première paire de rampes produit un jet incliné dans le plan perpendiculaire à la bande et parallèle à la direction de défilement de la bande, dans le sens de défilement de la bande.
Dans cette configuration, la modification du recouvrement des surfaces d’impact des jets permet d’augmenter l’intensité de refroidissement dans la zone d’impact des deux premières rampes pour un refroidissement plus rapide en début d’unité de pulvérisation.
Selon un autre exemple de réalisation, l’inclinaison du jet pulvérisé dans le plan perpendiculaire à la bande et parallèle à la direction de défilement du produit permet de compenser la discontinuité d’efficacité de refroidissement qui résulte de la discontinuité du coefficient de transfert thermique en fonction des régimes successifs de refroidissement en film vapeur, en ébullition de transition, en ébullition nuclée ou en convection forcée observés lors du refroidissement par aspersion ou immersion dans un liquide d’une tôle chaude.
Elle permet aussi de compenser la discontinuité de refroidissement aux points de transformation métallurgique.
Elle permet de plus de compenser la discontinuité du coefficient de transfert thermique générée par les équipements annexes tels que les rouleaux de stabilisation, les couteaux d’eau ou les couteaux d’air.
Considérons un acier au carbone composé de 0,1 % de Carbone, 1 % de Manganèse et 1 % de Silicium, recuit à une température supérieure à 850 °C pour une austénitisation complète, refroidi de 850 °C à 650 °C dans une section de refroidissement lent puis de 650°C à 150 °C dans une section de refroidissement rapide par pulvérisation comprenant deux unités de refroidissement selon l’invention, composée chacune de six paires de rampes équipées de buses à jet conique.
La pente de refroidissement moyenne nécessaire dans la section de refroidissement rapide pour obtenir une transformation martensitique complète peut être déterminée à partir des courbes de transformation métallurgiques établies pour la composition de l’acier, soit 200 °C/s pour l’exemple considéré.
Pour cet exemple quatre discontinuités de la pente de refroidissement peuvent être observées sur le profil thermique 14 de la bande dans le sens de défilement du produit.
La illustre, sur sa partie gauche, la répartition de débit surfacique d’un côté de la bande pour l’exemple de réalisation comprenant deux unités de refroidissement et un total de douze rampes de pulvérisation perpendiculaires à la bande et, sur la partie droite, le profil thermique 20 de la bande dans le sens de défilement correspondant à la distribution de débit surfacique uniforme associée.
Une première discontinuité 15 est observée à l’entrée de la section de refroidissement rapide résultant de l’augmentation de la vitesse de refroidissement entre la section amont de refroidissement lent et la section de refroidissement rapide.
Une deuxième discontinuité 16 est observée quand la température de la bande atteint la température de Leidenfrost à 550 °C.
Une troisième discontinuité 17 est observée lors de la transition entre les deux sections de refroidissement rapide.
Une quatrième discontinuité 18 est observée quand la température de la bande atteint la température de transformation martensitique à 300 °C.
La illustre la mise en application de l’ensemble des dispositions décrites dans les premiers exemples de réalisation permettant d’ajuster l’efficacité de refroidissement dans le sens de défilement du produit pour diminuer les contraintes internes à l’origine des défauts de planéité.
Par exemple, l’inclinaison du jet pulvérisé dans le plan perpendiculaire à la bande et parallèle à la direction de défilement de la bande, dans le sens opposé au défilement de la bande à l’entrée de la section de refroidissement rapide permet d’adoucir la rupture de pente à la transition entre refroidissement lent et refroidissement rapide.
L’inclinaison du jet pulvérisé dans le sens opposé au défilement avant que la bande atteigne la température de Leidenfrost permet d’atténuer l’effet d’augmentation brutale du coefficient d’échange thermique lors de la transition entre régime de refroidissement en film vapeur et régime de transition vers l’ébullition nuclée.
L’inclinaison du jet pulvérisé dans le sens de défilement à la sortie du premier dispositif de refroidissement permet de compenser la discontinuité du coefficient de transfert thermique générée par les équipements annexes tels que les rouleaux de stabilisation, les couteaux d’eau ou les couteaux d’air.
L’inclinaison du jet pulvérisé dans le sens de défilement avant que la bande n’atteigne la température de transformation martensitique permet de compenser les contraintes internes induites par les transformations de phase austénitique en phase martensitique.
La mise en œuvre de dispositions de l’invention décrites dans les premiers exemples de réalisation permet d’ajuster l’efficacité de refroidissement dans la largeur du produit pour compenser un profil thermique transverse initial caractérisé par des bords de produit plus froids que le milieu du produit.
L’inclinaison des jets d’un angle de -10° et la diminution de la distance de pulvérisation qui en résulte dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement permet d’augmenter l’efficacité thermique au centre de la bande.
Le graphe de la illustre ce résultat pour les profils thermiques transverses :
  • en trait continu, avant refroidissement rapide,
  • en trait discontinu, après refroidissement rapide dans le cas d’un jet perpendiculaire à la bande appliqué uniformément sur toute la largeur de la bande,
  • en trait pointillé, après refroidissement rapide dans le cas d’un jet incliné de -10° avec la diminution de la distance de pulvérisation qui en résulte dans le plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement.
Selon un autre exemple de réalisation de l’invention, le dispositif de refroidissement selon la intégré dans une ligne de traitement verticale selon la et comprenant des moyens d’ajustement de l’efficacité de refroidissement dans la largeur du produit et dans la direction du défilement du produit tels que décrit dans les premiers exemples de réalisation, est équipé de buses de pulvérisation à jets plats ou une combinaison de buses à jets coniques et à jets plats.

Claims (14)

  1. Dispositif de refroidissement rapide dans une ligne continue de production de bandes métalliques, agencé pour refroidir la bande en défilement par projection sur celle-ci d’un liquide, ou d’un mélange d’un gaz et d’un liquide, au moyen de buses (21) disposées sur des unités (3, 4) de projection, caractérisé en ce que le dispositif de refroidissement comprend des unités (3) de projection, mobiles en rotation sur un plan perpendiculaire à la bande (8) et perpendiculaire à la direction de défilement de la bande, permettant un ajustement individuel et multidirectionnel de l’angle de projection desdites unités de projection, mobiles par rapport à la bande.
  2. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mouvement de rotation d’une unité mobile (3) de projection est obtenu par un élément de pivot (6) disposé d’un premier côté (31) de l’unité mobile de projection et un élément de glissement (5) disposé d’un second côté (32) de l’unité mobile de projection, opposé au premier.
  3. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que deux unités (3) de projection, mobiles en rotation, sont disposées côte à côte, selon une direction définie par la largeur de bande, les deux unités mobiles de projection couvrant toute la largeur de la bande, leurs éléments de pivot (6) étant disposés au voisinage du centre de la bande.
  4. Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux unités (3) de projection, mobiles en rotation, sont disposées de part et d’autre d’une unité centrale (4) de projection, selon une direction définie par la largeur de bande, les trois unités de projection (3,4) couvrant toute la largeur de la bande, les éléments de pivot (6) des unités mobiles (3) de projection étant proximaux de l’unité centrale (4) de projection.
  5. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’angle de rotation d’une unité (3) de projection, mobile en rotation, est compris entre -30° et +30° par rapport à un plan parallèle à la bande passant par l’axe (61) de rotation de l’unité mobile.
  6. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’une rangée (210) de buses (21) d’une unité mobile (3) de projection forme un axe longitudinal (62) parallèle à la direction définie par la largeur de bande et en ce que cette rangée de buses est mobile en rotation autour de cet axe longitudinal.
  7. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’angle de rotation d’une rangée de buses autour de son axe longitudinal est compris entre -30° et +30° par rapport à un plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement passant par l’axe longitudinal (62).
  8. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les unités (3, 4) de projection sont mobiles en translation selon une direction parallèle au plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement afin d’ajuster la distance de projection desdites unités de projection par rapport à la bande.
  9. Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la translation d’une unité mobile de projection est possible sur une distance à la bande comprise entre 50 et 500 mm.
  10. Ligne continue de production de bandes métalliques, caractérisée en ce qu’elle comprend un dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 1 à 9, la ligne comprenant en outre un moyen de détermination du profil transversal géométrique de la bande et un moyen de détermination du profil de température de la bande en entrée de la section de refroidissement.
  11. Procédé de refroidissement rapide d’une bande en défilement dans une ligne continue de production de bandes métalliques, par projection sur celle-ci d’un liquide, ou d’un mélange d’un gaz et d’un liquide, au moyen d’un dispositif de refroidissement rapide selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’on ajuste localement l’intensité du refroidissement sur une portion de bande en modifiant la quantité de débit surfacique de liquide sur ladite portion en agissant sur l’angle de projection d’une unité mobile (3) de projection disposée au voisinage de ladite portion.
  12. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’on affine l’ajustement local de l’intensité du refroidissement sur la portion de bande en agissant sur la distance à la bande de l’unité mobile (3) de projection disposée au voisinage de ladite portion par un déplacement en translation de celle-ci selon une direction parallèle au plan perpendiculaire à la bande et perpendiculaire à la direction de défilement.
  13. Procédé selon l’une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de détermination du profil transversal géométrique et du profil transversal de température de la bande en entrée de la section de refroidissement et en ce qu’on ajuste localement l’intensité du refroidissement sur une portion de bande en modifiant la quantité de débit surfacique de liquide sur ladite portion selon lesdits profils transversaux de la bande.
  14. Procédé selon l’une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape de détermination du comportement thermomécanique de la bande en fonction de sa composition et de l’évolution des proportions de phases métallurgiques lors de son refroidissement et en ce qu’on ajuste localement l’intensité du refroidissement sur une portion de bande en modifiant la quantité de débit surfacique de liquide sur ladite portion selon ledit comportement.
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