SECTION ET PROCEDE DE REFROIDISSEMENT D'UNE LIGNE CONTINUE COMBINANT UN REFROIDISSEMENT SEC ET UN REFROIDISSEMENT HUMIDE L'invention concerne des sections de refroidissement de lignes continues de recuit ou de galvanisation de bandes d'acier.

Par galvanisation, la présente description vise tous les revêtements au trempé, qu'il s'agisse de revêtements de zinc, d'aluminium, d'alliages de zinc et d'aluminium, ou de tout autre type de revêtements. L'invention concerne notamment les sections de refroidissement rapide de ces lignes.

Dans une ligne continue de recuit ou de galvanisation de bandes d'acier, une bande d'acier défile dans différentes sections à l'intérieur desquelles elle subit un traitement thermique comportant notamment des phases de chauffage, de refroidissement ou de maintien en température.

La phase de refroidissement des bandes d'acier est particulièrement critique. En effet, c'est la phase de refroidissement qui conditionne principalement les propriétés mécaniques et métallurgiques finales de la bande d'acier. En fonction de la vitesse de refroidissement de la bande d'acier et de sa composition chimique, différentes phases métallurgiques peuvent être créées et mènent ainsi à différentes propriétés mécaniques de la bande d'acier.

Une section de refroidissement idéale devrait permettre de refroidir une bande d'acier de manière parfaitement homogène sur toute sa largeur afin de garantir l'homogénéité des propriétés mécaniques et métallurgiques de la bande finale. Une telle section de refroidissement devrait également permettre d'imposer différentes vitesses de refroidissement dans le but de produire la plupart des types d'aciers.

Il existe deux grandes familles de technologies de refroidissement de bandes d'acier mises en œuvre sur des lignes continues de recuit ou de galvanisation, ou des lignes continues combinant un recuit et une galvanisation : le refroidissement par gaz et le refroidissement humide.

Le refroidissement par gaz, typiquement par projection d'un mélange d'azote et d'hydrogène, N ₂ H ₂ , à haute vitesse et à haute teneur en hydrogène, permet d'atteindre des vitesses de refroidissement de l'ordre de 200 °C/s pour des bandes d'acier d'épaisseur 1 mm. Le gaz étant réducteur, la bande d'acier n'est pas oxydée après être passée dans une telle section de refroidissement de cette famille de technologie. Une galvanisation de la bande est alors possible, sans qu'aucune autre étape intermédiaire à caractère chimique ne soit mise en œuvre. Cependant, les vitesses de refroidissement étant limitées à 200 °C/s, ces refroidissements ne permettent pas de réaliser des aciers à hautes propriétés mécaniques et métallurgiques qui nécessitent des vitesses de refroidissement plus importantes.

Un but de l'invention est de proposer une section de refroidissement qui apporte plus de flexibilité que les sections de refroidissement selon l'art antérieur.

Ce but est atteint avec, selon un premier aspect de l'invention, une section de refroidissement d'une ligne continue de recuit ou de galvanisation de bandes d'acier agencée pour recevoir une bande métallique, ladite section comprenant au moins une zone de refroidissement sec agencée pour projeter un gaz sur ladite bande d'acier et au moins une zone de refroidissement humide agencée pour projeter un liquide ou un mélange de gaz et de liquide sur ladite bande d'acier.

La zone de refroidissement sec peut comprendre des caissons de soufflage agencés pour projeter le gaz sur la bande d'acier. Le gaz peut être un mélange d'azote et d'hydrogène.

La zone de refroidissement humide peut comprendre des buses agencées pour projeter le liquide ou le mélange de gaz et de liquide sur la bande d'acier. Le liquide peut être de l'eau, une solution acide, ou toute autre solution.

La section de refroidissement selon l'invention peut permettre de réaliser des aciers à hautes propriétés mécaniques qui peuvent subir directement une étape de galvanisation en sortie de ladite section, sans nécessiter de traitement chimique intermédiaire.

La zone de refroidissement humide permet d'atteindre des vitesses de refroidissement de l'ordre de 1000 °C/s pour une bande d'acier d'épaisseur 1 mm.

La section de refroidissement selon l'invention permet en outre de pouvoir successivement effectuer un refroidissement sec et un refroidissement humide sans avoir à couper la bande pour bipasser l'une des zones de refroidissement. Le gain en productivité est alors conséquent.

Les zones de refroidissement sec et de refroidissement humides peuvent fonctionner en même temps et/ou fonctionner séparément. L'alternance ou la succession de ces deux modes de fonctionnement apporte une grande souplesse à l'utilisation de la section de refroidissement selon l'invention pour différents types de bandes d'acier prévus par le carnet de commandes de la ligne continue (« product mix » en anglais).

La zone de refroidissement humide peut comprendre une zone de refroidissement par immersion.

Avantageusement, la zone de refroidissement humide est de préférence une zone de refroidissement par pulvérisation de liquide. Une zone par pulvérisation de liquide peut être arrêtée facilement et rapidement. De plus, un refroidissement par pulvérisation permet de contrôler facilement la température de la bande d'acier en fin de refroidissement, et donc ses propriétés mécaniques et métallurgiques.

Selon un mode de réalisation, la zone de refroidissement humide et la zone de refroidissement sec sont disposées, respectivement, selon une première direction verticale et une deuxième direction verticale parallèle à la première direction. L'homme du métier désigne usuellement cette configuration en le qualifiant de mode de réalisation à deux passes. Selon ce mode de réalisation, la zone de refroidissement humide peut être disposée en amont, selon le sens de défilement de la bande d'acier dans la section de refroidissement, ou en aval de la zone de refroidissement sec.

Selon une variante, la zone de refroidissement humide et la zone de refroidissement sec sont disposées selon une même direction verticale. L'homme du métier désigne usuellement cette variante en la qualifiant de mode de réalisation à une passe.

Selon cette variante, la zone de refroidissement sec peut être disposée en dessous de la zone de refroidissement humide. En ce cas, un système de séchage de la bande d'acier peut être interposé entre la zone de refroidissement humide et la zone de refroidissement sec. Alternativement, selon cette variante, la zone de refroidissement humide peut être avantageusement disposée en dessous de la zone de refroidissement sec. Cet agencement augmente la compacité de la section de refroidissement qui peut ne pas présenter de zone de séchage interposée entre la zone de refroidissement sec et la zone de refroidissement humide.

Avantageusement, la section de refroidissement selon l'invention peut en outre comprendre un sas de séparation d'atmosphères interposé entre la zone de refroidissement sec et la zone de refroidissement humide. Le sas de séparation peut ne pas polluer la zone de refroidissement humide par différentes espèces gazeuses qui résultent du refroidissement sec. Le sas de séparation permet de ne pas créer une zone de mélange entre les atmosphères de ces deux zones de sorte d'éviter un mélange potentiellement dangereux, en particulier lorsque le refroidissement par gaz est à haute teneur en hydrogène.

La séparation des atmosphères entre deux zones d'un four peut être réalisée par un sas à deux paires de rouleaux, ou deux paires de volets indifféremment, avec un soutirage entre ces paires de rouleaux.

Selon une particularité de l'invention, le sas de séparation d'atmosphère peut comporter trois paires de rouleaux, chacune des paires étant disposée transversalement à un sens de défilement de la bande métallique, lesdites trois paires de rouleaux délimitant entre elles deux zones dudit sas, respectivement une première zone délimitée par les deux premières paires de rouleaux dans le sens de défilement de la bande et située du côté de la zone de refroidissement sec comprenant des moyens de soutirage, et respectivement une deuxième zone, délimitée par les deux dernières paires de rouleaux dans le sens de défilement de la bande et située du côté de la zone de refroidissement humide et comprenant des moyens agencés pour injecter un gaz inerte. Il est ainsi créé une zone tampon entre les deux premières paires de rouleaux et un système d'extraction d'atmosphère entre les deux dernières paires de rouleaux. Les échappements de gaz inerte, provenant de la zone tampon, en direction de la section de refroidissement humide et vers la zone de soutirage ne créent pas de difficultés. Les paires de rouleaux peuvent être remplacées par des volets. Outre la fonction de séparation d'atmosphères, ce sas crée avantageusement une zone « propre » dans laquelle il est possible de réaliser une mesure de température de la bande sur sa largeur, au moyen par exemple d'un scanner, ou ponctuelle, au moyen par exemple d'un pyromètre. Cette mesure de température peut permettre de mieux réguler le processus de refroidissement de la bande.

Selon un mode de réalisation, la section de refroidissement peut comprendre en outre un système de séchage et de purge de la zone de refroidissement humide. Avantageusement, ce système de séchage et de purge peut être mis en œuvre lorsque la zone de refroidissement humide n'est pas utilisée pour refroidir la bande. Avantageusement, ce système de séchage et de purge permet ainsi de limiter les temps de transition, en fonction des cycles thermiques et du carnet de commandes de la ligne continue (« product mix » en anglais), entre un produit nécessitant l'utilisation de cette zone humide et un produit ne devant pas être refroidi par la zone humide. En effet, si la zone humide devait rester humide, le point de rosée dégradé pourrait entraîner un mauvais état de surface de la bande lors de son passage dans celle-ci.

Selon une possibilité, le système de séchage et de purge de la zone de refroidissement humide peut comprendre un équipement agencé pour injecter de l'azote, préférentiellement réchauffé, de préférence à 50 °C, afin de purger la zone humide. L'azote peut être préalablement réchauffé, par exemple via une récupération de calories contenue dans les fumées de zones de chauffage de la ligne continue. Le séchage de la zone humide est ainsi amélioré.

Pour améliorer les temps de séchage et de purge, deux dispositifs complémentaires peuvent être prévus.

Le système de séchage et de purge peut comporter un équipement agencé pour chauffer des parois de la zone de refroidissement humide. Il est ainsi possible de limiter la condensation de la zone de refroidissement humide ou de réduire la durée de séchage de la zone humide. Préférentiellement, ce chauffage est réalisé par l'ajout d'éléments qui chauffent par conduction ou par rayonnement. Ceux-ci peuvent être placés du côté intérieur ou extérieur des parois.

Le système de séchage et de purge peut comporter un système de couteaux d'azote dirigés vers le bas de la zone de refroidissement humide et agencés pour souffler de l'azote sur des parois intérieures de la zone de refroidissement humide. Ce système de couteaux d'azote permet de mieux évacuer le liquide des parois de la zone de refroidissement humide.

Selon un deuxième aspect de l'invention, il est proposé un procédé de refroidissement d'une ligne continue de recuit ou de galvanisation de bandes d'acier agencée pour recevoir une bande métallique, ledit procédé comportant au moins une étape de refroidissement sec comportant une projection d'un gaz sur la bande d'acier et au moins une étape de refroidissement humide comportant une projection d'un liquide ou d'un mélange de gaz et de liquide sur la bande d'acier.

Avantageusement selon l'invention, le liquide peut être non oxydant pour la bande. Il peut être une solution d'acide formique dont la concentration en acide est comprise entre 0,1 % et 6 % en masse de la solution, et avantageusement entre 0,5 % et 2 % en masse de la solution.

Le procédé selon le deuxième aspect de l'invention peut en outre comporter une étape de séparation d'atmosphères au moyen d'un sas de séparation d'atmosphère, interposé entre la zone de refroidissement sec et la zone de refroidissement humide, ladite étape de séparation d'atmosphère comportant une étape d'injection d'un gaz inerte dans une première zone dudit sas et une étape de soutirage dans une deuxième zone dudit sas.

Le procédé selon le deuxième aspect de l'invention peut en outre comprendre une étape de séchage et de purge de la zone de refroidissement humide, de préférence au moyen de calories provenant d'une zone de chauffage de la ligne continue. Il est par exemple possible de réaliser une récupération d'énergie contenue dans des fumées de zones de chauffage de la ligne continue.

La section de refroidissement selon le premier aspect de l'invention peut comprendre des moyens de pilotages, de préférence des moyens de pilotage informatiques, configurés pour la section de refroidissement selon le premier aspect de l'invention, ou l'un de ses perfectionnements, par exemple destinés à activer l'une ou/et l'autre des zones de refroidissement sec et humide selon un produit à refroidir.

Selon un troisième aspect de l'invention, il est proposé un produit programme d'ordinateur, téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un microprocesseur, et chargeable dans une mémoire interne d'une unité de calcul, caractérisé en ce qu'il comporte des instructions de code de programme qui, lorsqu'elles sont exécutées par l'unité de calcul, mettent en œuvre les étapes du procédé selon le deuxième aspect de l'invention ou l'un de ses perfectionnements.

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 n'est nullement limitatif. Sur ces dessins :

Fig. 1 est une vue schématique d'une section de refroidissement, selon un premier mode de réalisation de l'invention, d'une ligne continue de traitement de bandes,

Fig. 2 est une vue schématique d'une section de refroidissement, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, sur laquelle est représenté un système de séchage et de purge de la zone de refroidissement humide.

En se reportant au schéma de la figure 1 annexée, on peut voir une section de refroidissement, selon le premier mode de réalisation, d'une ligne continue de recuit ou de galvanisation de bandes métalliques agencée pour recevoir une bande métallique 1 selon une direction de défilement S, combinant successivement, selon la direction de défilement, au moins une zone 2 de refroidissement sec et une zone 5 de refroidissement humide.

Dans l'exemple représenté, la section de refroidissement comporte en outre un sas 4 de séparation d'atmosphères séparant la zone 2 de refroidissement sec et la zone 5 de refroidissement humide.

La bande 1 entre dans la section de refroidissement en circulant de haut en bas selon le sens de défilement S. Elle traverse d'abord la zone 2 de refroidissement sec dans laquelle un mélange d'azote et d'hydrogène est projeté sur la bande au moyen de caissons de soufflage 3. La bande traverse ensuite le sas 4 de séparation d'atmosphères avant d'entrer dans la zone 5 de refroidissement humide.

La zone 5 de refroidissement humique comporte des buses 6 agencées pour projeter un fluide de refroidissement sur la bande métallique 1 . La zone 5 de refroidissement humide comprend des moyens de soutirage 7 de vapeurs qui, dans l'exemple représenté sur la figure, sont disposés en partie haute de cette zone 5 de refroidissement humide.

Le sas 4 de séparation d'atmosphères disposé entre la zone 2 sèche et la zone 5 humide comprend trois paires successives 8, 9 et 10 de rouleaux, selon le sens de défilement S de la bande métallique 1 . Chacune des paires est disposée transversalement au sens de défilement de la bande métallique.

Les trois paires délimitent entre elles deux zones 1 1 et 12 successives du sas, dans le sens de défilement de la bande. La zone 1 1 délimitée par les paires de rouleaux 8 et 9 est située du côté de la zone 2 de refroidissement sec, la zone 12, délimitée par les paires de rouleaux 9 et 10 est située du côté de la zone de refroidissement humide.

Les rouleaux sont entraînés en rotation à la vitesse de défilement de la bande. Ils sont maintenus en contact avec la bande, ou selon un positionnement à proximité immédiate de la bande.

A l'arrière et sur les côtés des rouleaux, un dispositif 13 permet de limiter la circulation de gaz entre les zones du sas, notamment en limitant les espaces entre les parties fixes et les parties mobiles.

Une injection d'azote est réalisée dans la zone 12 au moyen d'une alimentation 14 constituant un moyen agencé pour injecter un gaz inerte. Un soutirage est réalisé dans la zone 1 1 par un moyen de soutirage 15. La pression et le débit d'injection du gaz inerte dans la zone 12 et le débit de soutirage dans la zone 1 1 sont fixés de sorte que le flux de gaz entre les zones 1 1 et 12 soit uniquement de la zone 12 vers la zone 1 1 . On évite ainsi l'entrée d'atmosphère humide provenant de la zone 5 humide dans la zone 1 1 du sas et tout mélange de celle-ci avec l'atmosphère sèche de la zone 2.

Dans l'exemple représenté, en sortie de la zone 5 de refroidissement humide, selon le sens de défilement de la bande, se trouve un ensemble 16 de couteaux de liquide destiné à supprimer l'essentiel du liquide de ruissellement présent sur la bande. L'ensemble 16 de couteaux de liquide est suivi par un ensemble 17 de couteaux de gaz destiné à supprimer le liquide encore présent sur la bande.

Encore en référence au premier mode de réalisation, la bande métallique 1 traverse ensuite un bac 18 de renvoi dans le lequel est collecté le liquide de refroidissement projeté par les buses 6 et les couteaux 16 de liquide avant d'être envoyé vers un bac de recirculation non représenté au moyen d'un conduit 24.

Le bac 18 de renvoi comprend un second ensemble 19 de couteaux de gaz destiné à supprimer le liquide qui pourrait encore être présent sur la bande métallique 1 .

Dans l'exemple représenté, le premier ensemble 17 et le second ensemble 19 de couteaux de gaz sont alimentés au moyen d'alimentations issues d'un même conduit d'alimentation (non numéroté) représenté par une flèche verticale.

La bande métallique 1 traverse ensuite une partie 20 équipée de tubes chauffants 21 permettant de supprimer toute trace de liquide sur la bande. En sortie de cette partie 20, la bande traverse un sas de séparation d'atmosphère 22 entre les parties humides 5, 18, 20 et des parties 23 situées en aval dans le sens de défilement de la bande.

Par exemple, la bande est refroidie dans la zone 2 sèche depuis une température de 800 °C jusqu'à une température de 700 °C, puis est refroidie dans la zone 5 humide depuis une température de 700 °C jusqu'à une température de 460 °C.

Le liquide de refroidissement est par exemple de l'eau ou une solution acide contenant de l'acide formique.

En se reportant au schéma de la figure 2 annexée, il est illustré un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention, uniquement décrit pour ses différences avec le premier mode de réalisation.

Le deuxième mode de réalisation comprend en outre un système de séchage et de purge de la zone de refroidissement humide selon l'invention.

Le système de séchage et de purge de la zone de refroidissement humide comporte des couteaux de gaz inerte 27, par exemple de l'azote, dirigés vers le bas et qui soufflent sur les parois intérieures d'une enveloppe de la zone de refroidissement humide (casing en anglais) pour aider à évacuer le liquide des parois vers un conduit de recirculation 24 ou vers un conduit de purge 26. En complément du gaz inerte apporté par les couteaux 27, le système de séchage et de purge de la zone de refroidissement du deuxième mode de réalisation comporte des points 28 d'injection d'un gaz inerte, par exemple de l'azote, et des évents 29 permettent une purge rapide la zone 5 de refroidissement humide. Le gaz inerte alimentant les couteaux 27 et les points d'injection 28 est préalablement chauffé, par exemple à une température d'environ 50 °C.

Un système 25 de chauffage et d'isolation thermique des parois du casing de la zone de refroidissement humide est implanté à l'extérieur des parois de la zone de refroidissement humide.

Avantageusement, le liquide projeté sur la bande est une solution d'acide formique, avec une concentration en acide formique comprise entre 0,1 et 5,5 %, avantageusement entre 0,1 et 5 %, avantageusement entre 0,1 et 4,5 %, avantageusement entre 0,1 et 4 %, avantageusement entre 0,1 et 3,5 %, avantageusement entre 0,1 et 3 %, avantageusement entre 0,1 et 2,5 %, avantageusement entre 0,15 % et 2,5 %, avantageusement entre 0,2 et 2,5 %, avantageusement entre 0,3 % et 2 %, avantageusement entre 0,35 % et 2,5 %, avantageusement entre 0,4 % et 2,5 %, avantageusement entre 0,45 % et 2,5 % en masse de la solution. De manière plus avantageuse, la solution présente une concentration en acide formique comprise entre 0,46 % et 2,4 %, avantageusement entre 0,47 % et 2,3 %, avantageusement entre 0,48 % et 2,2 %, avantageusement entre 0,49 % et 2,1 % en masse de la solution. De manière encore plus avantageuse, la solution présente une concentration en acide formique comprise entre 0,5 % et 2 % en masse de la solution.

Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l'invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.