CA1251640A - Dispositif pour l'homogeneisation en temperature de produits metalliques en defilement - Google Patents

Abstract

ABREGE DESCRIPTIF
Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il est logé dans la sole de la zone d'égalisation en température d'un four de réchauffage et en ce qu'il est constitué par des inducteurs statiques polyphasés à champ glissant, de forme allongée, disposés dans le prolongement des organes servant au support des produits métalliques dans la zone de chauffage du four. L'inven-tion procure un chauffage efficace et rapide en permettant une localisation précise de la zone de chauffe dans une partie prédé-terminée terminée du produit métallique à traiter. L'invention est particulièrement bien appropriée au traitement des produits de grande dimension, tels que les brames en vue de l'atténuation, voire de la suppression des "traces noires" qu'elles présentent généralement à leur sortie des fours de réchauffage habituels.

Description

DISPOSITIF POUR L'UOM~GENEISA'rION EN TEMPERATUR~
DE PRODUITS ~ET~L~IQUES EN DEPILEMENT
La présente invention a trait à l'homogénéisation en température de produits métalliques, notamment des brames d'a-cier, destinés au laminage et ayant préalablement été soumisà cet effet à un réchauffage non parfaitement homogène.
Avant d'être laminés, il est en premier lieu nécessaire de porter les produits métalliques à une température adéquate, et en second lieu, souhaitable que cette température soit aussi uniforme que possible dans toute la masse de ce produit. Ce second objectif est particulièrement difficile à réaliser dans le cas de produits de taille importante tels que les brames.
Dans les fours industriels à flamme habituels, destinés au réchauffage des brames avant laminage, qu'ils soient du type "poussant" (brames jointives) ou à "longerons mobiles" (brames séparées), les brames se déplacent sur une sole constituée par des organes de support disposés parallèlement dans la direction du défilement des brames. On rappelle que ces organes de support sont constitués, soit uniquement par des glissières fixes (fours poussants), soit par un groupe de barres fixes et un autre groupe de longerons mobiles, ces derniers assurant le déplacement des brames à l'intérieur du four (four à longerons). A l'endroit du contact brameorganes de support, on constate habituellement la présence de parties plus froides que l'ensemble de la brame et pouvant parfois traverser toute l'épaisseur du produit. Ces parties plus froides se manifestent superficiellement par une coloration plus foncée que le reste du produit. Pour cette rai-son, on les désigne généralement par "traces noires". Un tel phénomène se présente en particulier dans les fours destinés au réchauffage des produits épais où le chauffage s'effectue non seulement par la voute mais également par le fond, sous les produits, car, d'une part, il est nécessaire de refroidir intérieurement les organes de support et, d'autre part, l'endroit du contact brame-organes de support n'est pas directement exposé
à la chaleur, qui se transmet en grande partie par rayonnement.
La présence de ces traces noires est la cause de gra-dients de température locaux suffisamment importants pour engen-drer des défauts métallurgiques dans le produit, et conduire .

.:, . ' ~ . .:
: , '. ~ ` ~ ,. ., .: ~ ' -- ~s~

à des surépaisseurs lors du laminage ultérieur.
On peut songer à les atténuer en agissant, au niveau du laminoir, sur les jets d'eau destinés à debarrasser les produits en defilement de leur calamine. L'effet de refroidissement qui en resulte peut être adapté en vue de l'atténuation des traces noires, par exemple en refroidissant l'ensemble du produit à l'exclu-sion de ces zones plus froides. Toutefois, on se rend rapidement compte que cette méthode, de mise en oeuvre peu com~ode, offre difficilement les résultats souhaités et, de ce fait, n'est guère utilisée.
Une autre solution consiste à faire séjourner les produits réchauffés dans la partie terminale du four non chauffée (zone dite d'égalisation thermique) de manière à permettre une meilleure répartition des températures dans toute la masse des produits.
Cependant, ce procédé est assez lent et l'homogénéisation n'est acquise qu'au détriment de la productivité ou de la taille de l'installation et au prix de dépenses énergé-tiques supplémen-taires non négligeables.
~ne autre solution qui, à la connaissance des inventeurs, n'a pas encore reçu d'application industrielle, consiste à placer dans le convoyeur à rouleaux à la sortie du four, un ou plusieurs inducteurs à champ magnétique glissant destines à chauffer localement les brames aux endroits des traces noires (FR A.76j35 635 publie sous le numero de publication FR A.2.372.402). Cette technique ~e chauffage inductif, certainement très elegante en soi, repose cependant sur une marche discontinue des inducteurs, ce qui impose la mise au point d'un sys-tème de détection des traces noires et des phases d'arrêt au défilement des brames lorsque les traces noires se trouvent au-dessus des inducteurs.
La présente invention a pour but de fournir une solution qui assure en tout point du produit réchauffé, une tempéra-ture homogène et suffisant pour l'opération de laminage, en évitant les inconvénients des solutions connues prémentionnées.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif pour l'homogénéisation en température de produit métalliques en défilement, notamrnent des brames en acier, destinés au larni-. .

~ ~ : ,,:

;~ ' ' , ,' : :

~ ~7~ ~ 6 ~ ~ ' , nage et préalablement montés en température dans la zone de chauffage d'un four de réchauffage présentant, à la suite de cette zone de chauffage, une zone d'égalisation thermique, dispo-sitif caractérisé en ce qu'il est constitué par une pluralité
d'inducteurs statiques polyphasés à champ magnétique glissant, de forme allongée, qui sont placés dans la zone d'égalisation thermique du four de réchauffage, parallèlement à eux-mêmes et dans le prolongement des organes de support des produits en défilement de la zone de chauffage, et dont la face active des inducteurs, tournée en regard des produits, présente une largeur au moins égale à la largeur desdits organes de support, de préférence comprise entre 1 et 4 fois cette largeur et de préférence encore égale à 3 fois cette largeur environ.
Conformément à une variante, les conducteurs dont sont équipés les inducteurs sont orientés perpendic~lairement à la direction de défilement des produits.
Comme on le comprend, la présente inventian préconise un chauffage inductif sélectif, situé dans la zone d'égalisa-tion en température du four de réchauffage, et localisé sous les parties prédéterminées du produit métallique qui constituent les traces noires.
Le positionnement ainsi que la nature des moyens de chauffage choisis font du dispositif selon l'invention, un moyen de chauffage d'appoint efficace qui complète avantageusement celui qui est effectué dans la zone de chauffage proprement dite.
En effet, la localisation des inducteurs dans le prolon-gement des glissières de support des produits métalliques garan-tit leur disposition permanente en regard des traces noires que l'on souhaite éliminer.
En outre, le choix d'inducteurs statiques polyphasés à champ glissant de forme allongée est particulièrement appro-prié car ils permettent de générer localement des courants in-duits importants, et donc, un apport calorifique concentré et localisé aux endroits du produit que l'on veut chauffer.
De plus, la carte thermique d'une "trace noire" se pré-- ' . - ' ' .

6f~

sente géneralement sous la forme d'une famille d'isothermes sinusoidales relativement profondes dans la section du métal.
La répartition spatiale de la puissance induite dans le produit par un inducteur à champ glissant tend précisémen-t à épouser un tel profil thermique.
A ce titre, il a pu être déterminé que, dans les con-ditions habituelles de marche des fours, la largeur de la face active des inducteurs est de préférence dans un rapport de 3 pour 1 (ou approchant) avec la largeur des organes de support.
Au-delà d'un rapport de 4 pour 1, une part non négligeable de la puissance induite est inutilement injectée à la périphérie de la trace noire, alors qu'en-de~cà d'un rapport de 1 pour 2, l'inducteur devient sous-dimensionne pour les besoins d'effacement des traces noires.
Par ailleurs, l'invention presente un interet econo-mique déterminant. En effet, la demande s'oriente désormais vers des produits metalliques possédant des caractéristiques mécaniques particulières, notamment de résilience et de soudabilité, qui nécessitent une maîtrise très précise de la grosseur de grain dans le métal. Un des moyens d'ob-tenir de -telles caractéris-tiques consiste à effectuer un réchauffage dit "à basse tempéra-ture", c'est-à-dire a défourner les produits métalliques a environ 950 & (au lieu de 1100 - 1200 C comme cela se fait habituelle-ment). Bien entendu, ce procéde, tout en etant energé-tiquemen-t économique, nécessite un controle précis du réchauffage du pro-duit. Le dispositif selon l'invention, qui garan-tit un chauffage homogène au sein du métal, permet d'envisager la faisabilité du réchauffage dit "à basse température".
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront au vue de la description qui va suivre, donnée à -titre d'exemple non limitatif, en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles :
- la figure 1 represente une coupe schematique longi-tudinale d'un four poussan-t pour le réchauffage de brames en acier et équipé du dispositif selon l'invention ;

6~(~
, .

- la figure 2 est un agrandissement de la partie réfé-rencée A du four exemplifiée sur la figure 1 et pourvue du dispo-sitif selon l'invention , - la figure 3 représente une coupe transversale selon S le plan xX~ de la figure 1 ou de la figure 2 ;
- la figure 4 représente une variante de réalisation de l'invention selon une vue analogue à celle de la figure 3.
Dans le four poussant illustré sur la figure 1, les brames 3 sont jointives par leur petite face latérale de manière à former une nappe continue qui se déplace de gauche à droite dans le sens indiqué par la flèche F, à l'aide d'une pousseuse symbolisée en 1 à l'entree 2 du four. Les brames défilent ainsi lentement en ligne droite au travers du four depuis l'entrée 2 jusqu'à la sortie 4 où elles sont défournées une à une sur un plan incliné 5 qui les dépose sur un chemin à rouleaux de trans-port 6 en vue de leur acheminement vers l'installation de lami-nage (non représentée).
Le four comprend deux zones thermiques : une première zone 7 dite "de chauffage" d'une longueur de 18 m environ, dans la partie amont du four et une seconde zone 8, dite "d'égalisa-tion" d'une longueur de 12 m environ, dans la partie aval du four.
La zone de chauffage 7 est composée classiquement d'une première enceinte 7', dite de préchauffage des produits froids, suivie d'une deuxième enceinte 7" assurant le chauffage des produits préchauffés jusqu'à leur température nominale.
Dans cette zone de chauffage, les brames 3 sont posées sur la bande d'usure de glissières métalliques 9 refroidies intérieurement par circulation d'eau. Ces glissières 9, de 20 cm de large, espacées les unes des autres d'une distance de l'ordre de 1,5 m, forment un réseau parallèle orienté dans la direction de déplacement des brames 3. La zone de chauffage comporte égale-ment des brûleurs frontaux 10 et 11 respectivement disposés dans les parties supérieures et inférieures du four.
La zone d'égalisation 8 peut également être équipée de brûleurs frontaux 10, mais dans le but, uniquement, de com-' penser les pertes thermiques gui se produisent par les parois du four.
Les fumées produites dans le four circulent à contre-courant des brames 3 jusqu'au voisinage de la porte d'enfourne-ment où elles sont évacuées par une cheminée 12.
Comme il a été dit précédemment, le contact brame-glis-sière ~reine en cet endroit la montée rapide en température de la brame 3 et entraine la formation de marques froides ou "traces noires".
Dans la zone d'égalisation 8 (ou d'homogénéisation en température), les brames 3 sont posées sur une sole pleine 13 en matériau réfractaire. Celle-ci, conformément à l'invention, est équipée d'inducteurs à champ magnétique glissant 14 de forme allongée. Ces inducteurs 14 sont placés dans le prolon~ement des glissières 9 à raison d'un inducteur par glissière, et s'étendent, dans l'exemple considéré, sur la totalité de la longueur de la zone d'égalisation 8. Dans cet exemple, la face active 15 des inducteurs placée en regard de la sole 13 présente une longueur de 6 m et une largeur d'environ 50 cm.
En se reportant aux figures 2 et 3, on distingue l'amé-nagement réalisé dans la sole d'égalisation 13 pour la mise en place d'un inducteur 14 à champ glissant.
Comme on peut le voir, l'inducteur 14 est de structure plane et comprend une culasse magnétique feuilletée 16 présen-tant sur la face active 15 des encoches parallèles régulièrement espacées 17 servant de logement à des conducteurs 18, formées de barres rectangulaires en cuivre creux pour permettre une circulation interne d'un fluide refroidissant. On a schématique-ment représenté en 19 et 19' les têtes des bobines dépassant latéralement de la culasse magnétique et~repliées vers le bas pour réduire leur encombrement sous la sole 13.
Les conducteurs sont reliés de facon adéquate a une alimentation électrique triphasée de fréquence industrielle (non représentée) pour produire un champ magnétique mobile glis-sant selon l'axe longitudinal de l'inducteur.
ConEormément a l'invention, ces inducteurs 14 sont mis .

S~

en place sous la sole 13 dans le prolongement des glissières 9.
De la sorte, les traces noires 20 générées localement dans les brames 3 au contact de ces glissières, viennent naturellement défiler au-dessus des inducteurs au cours de la progression 5des brames dans la zone 8 d'égalisation thermique.
Dans l'exemple décrit, un insert 21 en un matériau réfrac-taire à propriétés élevées d'isolant thermique (par exemple . en réfractaire fibreux à base d'alumine) a été logé dans un évidement 22 pratiqué à cet effet sur la face inférieure de ~0la sole 13 au-dessus de l'inducteur 14. Cet insert a pour rôle de renforcer la protection thermique de l'inducteur 14 à l'égard de la chaleur dégagée par la brame 3.
Par ailleurs, pour augmenter le rendement de chauffage de l'inducteur 14, on a avantage à le rapprocher de la brame 3 15d'une distance inférieure à l'épaisseur de la sole 13 afin de réduire l'entrefer (distance séparant la face active 5 de l'induc-teur des brames 3).La figure 3 montre que ce résultat peut être obtenu ais~ment à l'aide d'un insert 2 à base concave, servant d'empreinte à l'inducteur 14.
20En outre, l'action des inducteurs 14 peut etre régulée de la facon habituelle, par exempIe en agissant sur l'intensité
du courant excitateur, ou sur sa fréquence.
L'expérience a montré que, dans le cas du four décrit ci-dessus, pour "effacer" intégralement les traces noires dans 25des brames de 250 mm d'épaisseur et de 3,5 m de long sur 2 m de large, réchauffées à 950C, on doit utiliser, avec une fré-quence de 50 Hz du courant, une puissance de 58 kW/inducteur quand la production du four est de 85 t/h.
Par contre, il faut induire une puissance de 220 kW/induc-30teur dans le cas où la production de ce four est de 160 t/h.
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée à l'exem-ple décrit ~i-dessus.
Une variante avantageuse consiste à ménager une face -active bom~ée de l'inducteur.
35Une telle disposition permet d'accroître la puissance induite au centre et de la réduire aux deux bords en raison .

' ~' ; , ~ ' :: `

de la variation ainsi obtenue de l'entrefer selon la largeur de la face active 15. Cette disposition peut présenter un avan-tage dans la mesure où la répartition spaciale de la puissance induite de chauffage dans la brame 3 tend ainsi à se rapprocher plus encore du profil thermique sinusoidal de la "trace noire"
20.
Par ailleurs, il est clair que d'autres variantes de structure de l'inducteur peuvent être envisagées pour ménager une face active bombée, en donnant, par exemple, une structure en demi-cylindre, ou en forme de secteur circulaire à l'inducteur.
De même, la direction de glisse~ent du champ magnétique peut être modifiée selon l'orientation des barres conductrices.
Dans le cas d'exemples décrits ci-avant, on a utilisé une dispo-sition transversale des barres conductrices 18 (c'est-à-dire perpendiculaires à la direction de défilement des brames 3).
On peut très bien opter pour une disposition longitudi-nale des barres conductrices (c'est-à-dire parallèles à la direc-tion de défilement des brames 3) de manière à procurer un champ qui glisse suivant une direction per~endiculaire à celle du déplacement de la brame 3. Une telle v~riante a été représentée sur la figure 4. La différence essentielle entre cette variante et la forme de réalisation décrite précédemment réside dans le fait que les barres conductrices 18' sont disposées dans des encoches longitudinales 1~' parallèles cette fois à la direc-2S tion de défilement des brames 3 et la culasse magnétique 16'de l'inducteur 14' est feuilletée selon des plans de coupe paral-lèles au plan de la figure.
De plus, en ce qui concerne la disposition des inducteurs dans le rôle d'égalisation du four, il va de soi que d'autres variantes que celle décrite auparavant sont envisageables. Notam-ment, on peut songer à répartir les inducteurs à différents endroits dans la sole d'égalisation, chaque inducteur étant bien entendu disposé dans le prolongement des glissières.
En outre, on comprend aisément que plus la longueur des inducteurs augmente, moins la puissance surfacique de chauffe de chaque inducteur doit être importante; ~ la limite, on peut .
.
, ~ .

: ~ ~

~5~

prévoir des inducteurs qui fassent ~ute la longueur de la sole d'égalisation.

:
- , . . ::- :
: . :
.

.

Claims (7)

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Four à flamme pour le réchauffage de produits métal-liques en défilement destinés à être laminés, comprenant une zone de chauffage équipée de brûleurs et, à la suite de ladite zone de chauffage, une zone d'égalisation thermique, ledit four de réchauffage comprenant dans la zone de chauffage des organes de support de forme allongée sur lesquels défilent lesdits pro-duits, lesdits organes de support étant constitués de glissières ou de barres disposées parallèlement à la direction de déplace-ment des produits métalliques, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des inducteurs statiques polyphasés à champ magné-tique glissant placés dans la zone d'égalisation thermique, dans le prolongement desdits organes de support, et donc direc-tement sous des "traces noires" situées dans les parties inférieu-res desdits produits métalliques, lesdites "traces noires" résul-tant du contact entre lesdits produits métalliques et lesdits organes de support dans la zone de réchauffage, ledit contact empêchant l'exposition directe du produit à la chaleur, la face active desdits inducteurs étant dirigée vers les produits métal-liques de telle sorte que le réchauffage desdits produits métal-liques est concentré dans la région desdites "traces noires".

2. Four à flamme selon la revendication 1 caractérisé
en ce que ladite face active présente une largeur comprise entre 1 et 4 fois la largeur desdits organes support.

3. Four à flamme selon la revendication 2 caractérisé
en ce que la largeur de ladite face active est égale à 3 fois environ la largeur desdits organes support.

4. Four à flamme selon la revendication 1 caractérisé
en ce que les inducteurs comportent des conducteurs orientés perpendiculairement à la direction de défilement des produits.

5. Four à flamme selon la revendication 1 caractérisé
en ce que la face active des inducteurs est plane.

6. Four à flamme selon la revendication 1 caractérisé
en ce que la face active des inducteurs est bombée.

7. Four à flamme selon la revendication 1 caractérisé
en ce que la face active des inducteurs est recouverte par un matériau réfractaire bon isolant de la chaleur, ledit matériau formant un insert dans la face inférieure de la sole de la zone d'égalisation thermique du four.