L'invention concerne des perfectionnements apportés aux fours de réchauffage de produits sidérurgiques tels que billettes et brames et équipés de brûleurs latéraux.

Les fours concernés par l'invention sont du genre de ceux qui comportent des parois longitudinales munies de brûleurs latéraux et des parois transversales d'extrémité et équipés d'une entrée et d'une sortie pour les produits, les brûleurs étant disposés en rangées successives, les fours comportant à l'entrée une zone de récupération suivie im médiatement en aval , dans le sens d'avancement des produits, d'une zone de préchauffage, puis de zones de chauffage successives, un canal d'évacuation de fumées étant prévu immédiatement à l'entrée du four et la zone de récupération étant traversée par les fumées ainsi évacuées, circulant en sens inverse du déplacement des produits, chaque produit étant disposé de manière à s'étendre transversalement au sens d'avancement. L'entrée et la sortie (l'enfournement et le défournement des produits) peuvent être situées sur les faces latéra les des fou rs pour, par exem ple les enfournements ou défournements latéraux des billettes ou sur les extrémités des fours pour, par exemple, les fours à brames. Le produit sidérurgique tel que billette ou brame et réchauffé dans le four est ensuite laminé pour obtenir un produit long tel que poutrelles ou profilés ou un produit plat tel que les tôles épaisses ou tôles minces. Pour cette opération de laminage, il est particulièrement important de respecter la température moyenne du produit TM correspondant à la température de défournement du produit mais également le profil longitudinal du produit, c'est-à-dire le profil de température en long sur le produit, transversalement à l'axe du four. Cette invention apporte une solution au contrôle de ce profil longitudinal du produit en permettant l'obtention de différences de température importantes entre la tête et la queue du produit.

Les fours de réchauffage des produits sidérurgiques sont équipés de brûleurs latéraux qui peuvent être pilotés de façon individuelle en tout ou rien et permettent de contrôler la longueur de la flamme comme exposé dans le brevet FR 2 794 132. Chaque brûleur est contrôlé de façon indépendante en fonction de la demande calorifique du produit.

La figure 1 des dessins annexés présente un four de réchauffage, de produits représenté en vue de dessus, avec les parois gauche 1 et droite 2 du four pour un sens d'avancement des produits 3 de la gauche vers la droite de la figure. Le four est équipé de brûleurs A, B, C ... N dans le sens d'avancement des produits, les brûleurs sur le mur gauche étant repérés par A1 , B1 , ... N 1 , les brûleurs sur le mur droit par A2, B2... N2. Le nombre de brûleurs dépend de la capacité du four et du type de produits à chauffer, en particulier du type de matériau et des dimensions des produits. En amont des premiers brûleurs A1 et A2 se trouve la zone de récupération R qui n'est pas équipée de brûleurs et dans laquelle les produits 3 sont réchauffés par le passage des fumées de l'ensemble des brûleurs avant leur évacuation dans un canal 5 vers la cheminée. On comprend que cette désignation des brûleurs et la description de fonctionnement qui en est faite peut être étendue aux brûleurs situés au-dessus des produits et aux brûleurs situés au-dessous s'ils existent.

Sur un tel four, l'application de procédés suivant l'état de l'art permet l'injection d'une partie de la capacité thermique du brûleur (A... N) pour chaque cycle en le faisant fonctionner en mode Marche/Arrêt (ON/OFF), c'est-à-dire par la modulation de son tem ps d'allumage par rapport au tem ps de cycle. Par exemple pour injecter une puissance de 30 % de la puissance nominale du brûleur (A... N), celui-ci sera allumé pendant 30 % de chaque cycle de, par exemple, trois minutes.

Il est ainsi possible d'obtenir, selon les demandes du procédé de laminage, des profils de température longitudinaux de brame comme présentés sur la figure 2 des dess ins pour une bram e 3. Le profil P 1 m ontre une tem pérature homogène, égale en tout point de la longueur du produit à la Température Moyenne TM visée. Le profil P2 montre une température de produit plus faible que TM sur l'extrémité gauche du produit et plus importante sur l'extrém ité droite, le profil P3 est inverse avec une température plus importante que TM à gauche et plus faible à droite, le profil P4, en V aplati, montre une température des deux extrémités du produit supérieure à TM et inférieure au centre, le profil P5, en to it à double pente, montre une température inférieure à TM aux extrém ités du produit et supérieure à TM au centre. Tous ces profils de température de produit peuvent être requis par le procédé de laminage avec une différence de température entre le point le plus chaud et le point le plus froid sur la brame qui peut être variable.

Sur les fours suivant l'état de l'art, cette différence de température est typiquement comprise entre quelques degrés et 50°C, en fonction du procédé de laminage et des nuances d'acier à produire.

Le procédé décrit dans le brevet FR 2 794 132 permet sur les fours existants de réaliser ces différents profils de température en utilisant le fonctionnement Marche/Arrêt (ON/OFF) de brûleurs à modulation de flamme capables de produire une flamme courte ou longue. Ces brûleurs à modulation de flamme sont plus compliqués et plus chers que les brûleurs à flamme fixe, on lim ite donc leur nombre pour les concentrer, par exemple dans une première zone de chauffage faisant suite à la zone de préchauffage, ou une deuxième zone chauffage faisant suite à la première zone de chauffage, et avant la zone d'égalisation en sortie de four. Ces brûleurs des première et deuxième zones de chauffage ont des puissances élevées, ce qui permet d'avoir une action efficace sur le profil de température du produit avant son défournement. La zone de récupération R est considérée comme une zone passive pour la maîtrise du profil de température des produits sur les fours actuels.

Le procédé de FR 2 794 132 est utilisé aujourd'hui sur les fours de réchauffage de billettes et de brames et permet d'obtenir des différences de températures allant jusqu'à 50°C entre deux points du produit au défournement ce qui correspond aux besoins d'une grande partie des procédés de laminage actuels. Les sidérurgistes ont cependant développé des nuances de produits pour lesquels les cycles de lam inage sont modifiés et pour lesquels il peut être nécessaire de réaliser des profils longitudinaux plus en pente, par exemple avec des différences de température entre la tête et le centre du produit ou la queue du produit supérieures à 60°C.

Les procédés d'exploitation de ces fours actuels ne permettent pas d'obtenir de telles différences de température requises par les procédés correspondant au laminage d'aciers nouveaux ou de produits très longs. L'invention a pour but d'apporter une réponse à ce problème.

Selon l'invention, un four de réchauffage de produits sidérurgiques du genre défini précédemment, est caractérisé en ce qu'il est équipé, dans les premières rangées de brûleurs, d'au moins une rangée de brûleurs latéraux à modulation de flamme, propres à être commandés pour produire une flamme courte ou une flamme longue, de façon à générer un écoulement préférentiel des fumées dans la zone de récupération afin d'initier, dès la zone de récupération, tout profil souhaité de température du produit, en particulier en pente.

Avantageusement, le four comporte des moyens pour assurer un mode d'allumage spécifique de tout ou partie des brûleurs, en particulier en utilisant des brûleurs à flamme modulable en flamme courte du côté du produit à chauffer préférentiellement et en augmentant le temps d'allumage des brûleurs du côté du produit à réchauffer préférentiellement au détriment des brûleurs opposés.

Avantageusement, la commande des brûleurs est réalisée à l'aide d'un moyen de commande apte à piloter la longueur, par exemple courte ou longue, de la flamme ou l'allumage de tout ou partie des brûleurs.

Le procédé d'exploitation du four de réchauffage de produits sidérurgiques, alors que chaque produit est disposé de manière à s'étendre suivant la largeur du four, et doit présenter en sortie du four un profil de température déterminé, notamment tel que P2 ou P3 représentés sur la figure 2, est caractérisé en ce que les brûleurs d'au moins la première rangée, dans le sens d'avancement des produits, fonctionnent en flamme courte du côté de l'extrémité du produit qui doit être la plus chaude, et en flamme longue du côté de l'autre extrémité du produit, de façon à initier un profil de température sur le produit du type de celui souhaité en sortie du four dès la zone de récupération du four.

De préférence, on assure une commande du fonctionnement des brûleurs qui permet de rendre active la zone de récupération (R) en y établissant un profil souhaité de température du produit. Avantageusement, cette commande est réalisée à l'aide dudit moyen de commande.

Avantageusement, on assure le maintien ou l'augmentation de la différence de température entre les deux extrémités du produit en utilisant un mode d'allumage spécifique de tout ou partie des brûleurs, en particulier en utilisant des brûleurs à flamme modulable en flamme courte du côté du produit à chauffer préférentiellement et en augmentant le temps d'allumage des brûleurs du côté du produit à réchauffer préférentiellement au détriment des brûleurs opposés . De préférence, un procédé d'exploitation d'un four de réchauffage de produits sidérurgiques équipé de brûleurs latéraux à modulation de flamme pour obtenir un profil de température longitudinal plat de type P1 sur le produit, est caractérisé en ce que :

- le ou les premiers brûleurs dans le sens d'avancement des produits sont des brûleurs à modulation de flamme capables de produire une flamme courte ou une flamme longue ;

- les brûleurs du four d'une même rangée fonctionnent en mode identique de chaque côté du four, pour le type de flamme et le temps d'allumage.

Le procédé d'exploitation d'un four de réchauffage de produits sidérurgiques comportant des brûleurs à flamme modulable et des brûleurs à flamme fixe, peut comporter la mise en œuvre d'un algorithme de pilotage des brûleurs à flamme modulable et à flamme fixe destiné à produire tout type de profil de température dans le produit.

Avantageusement, l'algorithme de pilotage des brûleurs est implémenté dans le moyen de commande des brûleurs.

Le procédé peut être caractérisé par l'obtention de profils de température plats, tels que P1 , du produit selon la direction orthogonale au sens d'avancement.

Selon une autre possibilité, le procédé est caractérisé par l'obtention de profils de température du produit en pente, tels que P2 et P3, selon la direction orthogonale au sens d'avancement, la température d'une extrémité du produit étant supérieure à celle de l'autre extrémité.

A la sortie du four, la différence entre la température d'une extrémité du produit et celle de l'autre extrémité peut être d'au moins 60°C, notamment comprise entre 60°C et 120°C.

Le procédé selon l'invention peut être caractérisé par l'obtention de profils de température à double pente, tels que P4 et P5, avec une température de produit, entre les extrémités, supérieure ou inférieure à celle du centre du produit.

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'un exemple de réalisation décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins :

Fig. 1 est u n schém a simplifié d'un four de réchauffage selon l'invention, sur lequel le brûleur B1 fonctionne en flamme courte et C1 en flamme longue.

Fig. 2 est un diagramme illustrant plusieurs profils longitudinaux de température dans un produit, en particulier en sortie du four, et

Fig. 3 est un schéma du four semblable à celui de Fig.1 , les brûleurs A à C du four étant allumés en flamme courte du côté gauche et en flamme longue du côté droit du four.

L'invention apporte une solution au problème défini précédemment en utilisant les brûleurs ou une partie des brûleurs de la zone de préchauffage du four, c'est-à-dire la zone située immédiatement en aval de la zone de récupération R du four, et en les pilotant de façon à obtenir ces différences de température sur le profil longitudinal du produit adaptées aux besoins des lamineurs. Le pilotage spécifique de ces brûleurs de préchauffage va influencer la circulation des fumées dans la zone de récupération qui va initier la formation de la différence de température recherchée dès la zone de récupération R du four. Par ce moyen, la zone de récupération R du four devient active alors qu'elle est traditionnellement considérée comme passive pour le contrôle du profil de température du produit dans les fours construits suivant l'état de l'art.

Le pilotage des brûleurs est réalisé par le moyen de commande CM.

La figure 3 présente une application selon l'invention. L'invention repose sur l'utilisation de brûleurs à modulation de flamme en entrée de four, dans la zone de préchauffage comme représenté sur la figure 3 en A1 - A2 en B1 - B2 et en C1 C2, et sur le fait de les piloter de façon particulière en vue de générer une circulation des fumées dans la zone de récupération R du four qui puisse amorcer le profil de température souhaité au défournement du produit, ce profil de température étant complété par l'action de l'ensemble des brûleurs situés en aval des brûleurs de la zone de préchauffage du four. Les brûleurs sont disposés en rangées orientées transversalement, notamment orthogonalement, au sens d'avancement des produits.

Le pilotage des brûleurs est réalisé par le moyen de commande CM. Le four est représenté en vue de dessus avec une direction de déplacement des produits 3 - partiellement représentés - de la gauche vers la droite. Les brûleurs A1 et A2 sont des brûleurs à modulation de flamme de la zone de préchauffage du four, ce qui signifie les premiers brûleurs installés dans le sens d'avance des produits. La zone de préchauffage peut comprendre une ou plusieurs rangées de brûleurs sur chaque côté du four en fonction de son tonnage de production et du type de produits à réchauffer.

Sur la figure 3, les brûleurs A1 et A2 peuvent être composés de deux brûleurs situés dans un plan vertical et situés l'un au-dessus et l'autre au-dessous du plan des produits, et formant deux rangées superposées, sur un four de réchauffage de produits sidérurgiques à longerons tubulaires, ou d'un seul brûleur, les brûleurs A1 et A2 formant une seule rangée de brûleurs au-dessus du plan des produits pour un four à longerons réfractaires.

On voit sur la figure 3 que le brûleur A1 fonctionne en flamme courte et que le brûleur A2 fonctionne en flamme longue. Ces brûleurs ont des puissances importantes ce qui génère des volumes de fumées chaudes importants. Les brûleurs B1 - C1 et B2 - C2 en entrée de four sont, si nécessaire, allumés en flamme courte côté gauche et en flamme longue côté droit du four. L'effet conjugué de ce choix de mode de fonctionnement des brûleurs va créer un déplacement préférentiel de l'ensemble des fumées des brûleurs installés dans le four suivant la flèche 4 de la figure 3, dans la zone de récupération R du four et jusqu'à leur évacuation vers la cheminée par le canal d'évacuation 5. Cette circulation de gaz chaud suivant la flèche 4 va accélérer les échanges thermiques avec les produits 3 présents dans la zone de récupération pour produire une augmentation de température de ces produits du côté gauche plus importante que du côté droit du four. Les produits ainsi chauffés plus du côté gauche que du côté droit vont adopter dès la zone de récupération un profil de température du type P3 de la Figure 2 avec une température plus importante de l'extrémité du produit située du côté gauche que du côté droit.

On voit que selon l'invention, il est possible dès la zone de récupération d'amorcer le profil de température souhaité au défournement et que ce profil sera maintenu voire augmenté par l'utilisation des brûleurs situés en aval de la zone de récupération.

Le brûleur A2 est allumé en permanence en flamme longue, le brûleur A1 est allumé en flamme courte de façon à maintenir la circulation préférentielle des fumées suivant 4. Si nécessaire, comme indiqué sur la figure 3, les brûleurs à modulation de flamme situés après la rangée A vont être allumés en flamme courte du côté gauche du four afin de maintenir et/ou augmenter la différence de température telle que souhaitée par le procédé de laminage.

Comme exposé, on fait fonctionner en temps d'allumage différentiel un nombre de rangées de brûleurs à flamme modulable et/ou de rangées de brûleurs à flamme fixe. Ce nombre de rangées peut être indépendant des découpages de zones. De plus, sur les Fours Digitaux, chaque brûleur constitue à lui seul une zone pilotée en demande de puissance.

Pour maintenir ou augmenter le profil de température de type P3 initié dans la zone de récupération, il faut agir sur la méthode d'injection de la puissance des brûleurs, s itués en ava l de la rangée A, par exem ple dans la zone correspondant aux brûleurs B1 et B2, si une puissance thermique de 70 % est nécessaire dans la rangée de brûleurs B, les brûleurs B1 et B2 seront allumés 70 % du temps de cycle pour obtenir une répartition homogène de la puissance thermique injectée dans le produit. Si on souhaite obtenir une température plus importante du côté gauche du four, on pourra maintenir le brûleur B1 allumé en flamme courte pendant 100 % du temps de cycle et n'allumer le brûleur B2 en flamme longue que pendant 40 % du temps de cycle. Par ce moyen, une puissance identique à celle requise par le produit est injectée dans la zone des brûleurs B1 et B2 mais cette puissance est décalée vers l'extrémité 1 du produit pour générer un profil de température du type P3.

Ce mode de fonctionnement des brûleurs à flamme modulable peut être étendu à l'ensemble des brûleurs à flamme modulable installés dans le four.

Il est également possible de conserver ce mode d'injection de la puissance si des brûleurs à flamme fixe équipent la zone, par exemple sur la figure 3, les brûleurs D1 et D2. Pour une demande thermique de 70 % de la puissance dans la rangée D, le brûleur D1 peut être allumé 100 % du temps et le brûleur D2 seulement 40 % du temps. On voit ainsi que l'invention correspond, de préférence, à la mise en œuvre combinée de trois caractéristiques :

1 ) l'utilisation de brûleurs à modulation de flamme de puissance importante dans la ou les premières rangées du four, 2) la mise en œuvre de ces brûleurs à flamme modulable en entrée de four suivant un procédé particulier d'allumage de façon à créer un régime thermique spécifique dans la zone de récupération du four à même d'initier le profil de température du produit requis par le processus de laminage en sortie de four,

3) le maintien ou l'augmentation de cette différence de température en utilisant un mode d'allumage spécifique des brûleurs situés en aval de la première rangée A, en particulier en utilisant les brûleurs à flamme modul a b l e e n f lamme courte d u côté du produit à réchauffer préférentiellement et en augmentant le temps d'allumage des brûleurs situés du côté du produit à réchauffer préférentiellement au détriment du brûleur situé du côté opposé.

Cette combinaison est rendue possible par la m ise au point de brûleurs à modulation de flamme de forte puissance, par exemple comme ceux installés dans les zones de préchauffage du four.

La mise en œuvre de ce procédé permet ainsi d'augmenter l'efficacité de la méthode de création de profils thermiques inclinés de type P2 et P3 dans la brame en l'initiant dès la zone de récupération grâce à l'utilisation de brûleurs à modulation de flamme dans la zone de préchauffage. Par ce moyen, il est possible d'obtenir des différences de températures sur la longueur du produit qui peuvent égaler ou dépasser 60°C pour des procédés de laminage spécifiques.

On comprend que le mode de pilotage des brûleurs à flamme modulable en entrée de four permet d'obtenir un profil de type P3 comme exposé ci-dessus ou, en adoptant un mode de fonctionnement symétrique des brûleurs, d'obtenir un profil de température de type P2 ou, en mixant les durées durant lesquelles fonctionnent les brûleurs de chaque côté du four en flamme courte ou longue, d'obtenir tout type de profil de température du produit, par exemple les profils P1 , P4 et P5 ou toute combinaison de ces profils.

La différence de température entre deux points du produit est ainsi obtenue par le mode de fonctionnement du four selon l'invention, et il est entendu que l'importance de la différence de température sera contrôlée par le système de commande du four en pilotant le nombre nécessaire de rangées de brûleurs jusqu'à l'obtention de cette différence de température. Le contrôle de l'écoulement dans la zone de récupération servant à amorcer le profil de température souhaité à la sortie du four pourrait être obtenu avec un four équipé de brûleurs à flammes fixes sous réserve d'éteindre un brûleur d'un côté du four, ce qui aurait pour conséquence de limiter la puissance injectée dans la rangée correspondante à la puissance d'un seul brûleur. La mise en œuvre simultanée du brûleur A1 en flamme courte et A2 en flamme longue permet l'injection de la puissance de deux brûleurs dans la rangée tout en créant l'effet thermique souhaité sur le produit. Ceci est particulièrement important dans la zone de préchauffage où les puissances unitaires des brûleurs sont importantes. Si un seul brûleur était allumé d'un seul côté, sa puissance devrait être doublée pour créer l'effet thermique souhaité. Doubler la puissance du brûleur imposerait des augmentations de taille de brûleur, des gaines et des vannes qui pourraient ne pas être compatibles avec la place disponible sur les parois du four.

Le procédé de l'invention pour réaliser une différence de température entre deux points du produit est piloté par le système de contrôle du four en ajustant le mode de fonctionnement des brûleurs à modulation de flamme (longueur de flamme) et en ajustant le temps d'allumage de l'ensemble des brûleurs (puissance thermique injectée). Par la com binaison de ces deux moyens d'action, il est possible d'obtenir le profil de température de produit souhaité.

On comprend également que pour l'obtention de profils de températures plats tels que présentés par P1 sur la figure 2, il est possible de faire fonctionner les brûleurs de la zone de préchauffage A1 et A2 en flamme longue pour supprimer la différence de circulation des fumées 4 entre le côté gauche et le côté droit du four et rendre la zone de récupération du four neutre pour ce profil.

Le mode de fonctionnement cité précédemment peut être également utilisé pour produire des faibles différences de température sur le profil thermique du produit, en ne conservant que l'action des zones de chauffage et d'égalisation pour mieux maîtriser la différence de température à obtenir sur le produit.

Ce procédé de pilotage du four peut être assuré par le système d'optimisation de fonctionnement du four de façon à anticiper les modifications de régime therm ique du four par rapport aux produits à enfourner et de réguler avec précision l'importance de la différence de température obtenue sur le produit.