FR2474055A1 - Procede de traitement thermique de bandes de metal - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE DE TRAITEMENT THERMIQUE DE BANDES DE METAL ET DE FEUILLARDS. CE PROCEDE CONSISTE A CHAUFFER ET REFROIDIR UNE BANDE DE METAL EN LA FAISANT PASSER DE MANIERE FLOTTANTE DANS UN APPAREIL 1 DE TRAITEMENT THERMIQUE. LORS DE SON PASSAGE DANS L'APPAREIL 1, LA BANDE EST INCURVEE AFIN DE FORMER DES ONDES DANS SA DIRECTION D'AVANCE. LES COURBURES DONNEES A LA BANDE ACCROISSENT SA RESISTANCE AU FLAMBAGE. CETTE RESISTANCE EST AINSI RENDUE SUPERIEURE A LA CONTRAINTE THERMIQUE ENGENDREE DANS LA BANDE PENDANT LE TRAITEMENT DE CHAUFFAGE ET DE REFROIDISSEMENT, DE SORTE QUE LA BANDE PEUT ETRE CHAUFFEE ET REFROIDIE SANS ETRE DEFORMEE PAR DES ONDULATIONS. DOMAINE D'APPLICATION: TRAITEMENT THERMIQUE DE BANDES D'ALUMINIUM ET AUTRES METAUX, DE FEUILLARDS, ETC.
Description
1. L'invention concerne un procédé de traitement thermique tel qu'un
recuit ou autre, destiné à des bandes de métal et consistant à faire passer une bande de métal
dans une zone de chauffage et dans une zone de refroidis-
sement. Le procédé classique de traitement thermique de bandes de métal (c'est-à-dire de longues plaques d'aluminium, de cuivre, de fer ou autres en forme de ruban, obtenues par laminage continu au moyen d'un laminoir et ayant normalement des épaisseurs de 3,5 mm ou moins et diverses largeurs) consiste à faire passer ces bandes dans une zone de chauffage
et dans une zone de refroidissement, d'une manière flottante.
Cependant, dans ce procédé, lorsque la résistance au flambage de la bande de métal est inférieure à la contrainte thermique engendrée dans la bande dans sa direction transversale, des ondulations parallèles (figure 11) se forment dans la bande, dans sa direction d'avance, et aboutissent à l'élaboration
d'un produit traité défectueux.
L'invention concerne donc un procédé de traitement thermique de bandes de métal ou feuillards, consistant à faire passer une bande de métal dans une zone de chauffage et dans une zone de refroidissement, d'une manière flottante. Ce procédé permet d'obtenir une bande métallique traitée d'excellente qualité, sans détérioration de la surface
de la bande.
L'invention concerne un procédé de traitement thermique de bandes de métal, permettant d'obtenir une bande
métallique traitée thermiquement, sans ondulations et d'excel-
lente qualité, même dans le cas o la bande métallique à traiter est de faible épaisseur et est sujette aux ondulations transversales lorsqu'elle est traitée par le procédé classique. Selon l'invention, une bande de métal à traiter est incurvée suivant la forme d'une onde en passant dans une zone de chauffage et dans une zone de refroidissement. De plus, à son passage à la limite entre les zones de chauffage
et de refroidissement et à proximité de cette limite (c'est-à-
dire au point d'inflexion de la courbe de température de la 2.
bande métallique, à savoir au point o la variation de tempé-
rature passe du sens croissant ou ascendant au sens décroissant ou descendant et, par conséquent, o apparaît brusquement une contrainte thermique), le tronçon de la bande de métal est incurvé suivant un rayon inférieur, au-dessus de cette limite, à celui des autres tronçons incurvés. Il est ainsi possible de conférer à la bande de métal une résistance au flambage supérieure à la contrainte thermique engendrée constamment dans la bande pendant la totalité du processus de passage de la bande dans les zones de chauffage et de refroidissement. Par conséquent, des bandes métalliques, très sujettes à la formation d'ondulations transversales lorsqu'elles sont traitées thermiquement par le procédé classique, peuvent être soumises de manière satisfaisante (c'est-à-dire sans formation d'ondulations dans ces bandes) au
procédé de traitement thermique selon l'invention.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement thermique de bandes de métal permettant de réduire la force motrice nécessaire pour incurver une bande de métal pendant la totalité du processus de passage de cette bande
dans une zone de chauffage et dans une zone de refroidis-
sement. D'une manière générale, la force motrice nécessaire pour incurver la bande est d'autant plus grande que le rayon de courbure à donner à cette bande de métal est plus petit. Selon l'invention, seul le tronçon de la bande de métal soumis à une contrainte thermique brusque et importante est incurvé suivant un rayon de courbure inférieur à celui des autres tronçons incurvés. Par conséquent, la force demandée pour incurver la bande n'est importante qu'au niveau du tronçon o apparaît une contrainte thermique soudaine et élevée. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - la figure 1 est une coupe verticale schématique d'un appareil de traitement thermique; - la figure 2 est un graphique montrant une variation de 3. température d'une bande de métal faisant l'objet du traitement thermique selon l'invention; - la figure 3 est un graphique montrant une variation de la contrainte thermique engendrée dans une bande de métal faisant l'objet du traitement thermique selon l'invention (les côtés droit et gauche des figures 2 et 3 étant alignés avec ceux de la figure 1);
- la figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne IV-
IV de la figure 1; - la figure 5 est une élévation partielle, à échelle agrandie, d'une partie principale de l'appareil représenté sur la figure 1; - la figure 6 est une coupe transversale d'un dispositif destiné à courber la bande et faisant partie de l'appareil de la figure 1, cette vue portant des indications de dimensions du dispositif destiné à incurver la bande; - la figure 7 est une vue schématique en perspective montrant le déroulage et l'enroulage d'une bande d'aluminium; - les figures 8 et 9 montrent les courbures prises par une bande de métal introduite dans l'appareil de la figure 1; - la figure 10 est un graphique montrant la relation entre le rayon de courbure et la résistance au flambage d'une bande d'aluminium soumise au traitement thermique selon l'invention; et la figure 11 est une vue en perspective montrant des ondulations apparaissant dans une bande de métal soumise à un
traitement thermique réalisé par le procédé classique.
La figure 1 représente un appareil 1 de traitement
thermique comprenant un dispositif 2 de chauffage et un dispo-
sitif 14 de refroidissement. Le dispositif 2 de chauffage (représenté en coupe verticale sur la figure 4) comprend une paroi 3 de four qui est conçue pour empêcher la transmission de chaleur entre l'intérieur et l'extérieur du dispositif 2 de chauffage, d'une manière bien connue de l'homme de l'art. La paroi 3 de four présente une ouverture 4 d'entrée et une ouverture 5 de sortie qui permettent l'introduction d'une bande 6 de métal dans le dispositif 2 de chauffage, du côté
gauche vers le côté droit (figure 1). Des chambres intermé-
4. diaires 7 sont délimitées l'une en face de l'autre, au-dessus et audessous d'un couloir permettant le passage de la bande 6 de métal dans le dispositif 2 de chauffage. Chacune des chambres intermédiaires 7 comporte plusieurs dispositifs destinés à courber la bande et situés dans la paroi de la chambre adjacente à la bande 6 de métal introduite dans le dispositif 2 de chauffage, ces dispositifs étant disposés sur toute la longueur du couloir ménagé pour la bande à l'intérieur du dispositif 2 de chauffage. Des ventilateurs 8 de circulation d'air sont montés sur la paroi 3 du four. Les ventilateurs 8 sont disposés de manière à communiquer avec les
chambres intermédiaires 7 au moyen de gaines 9 de soufflage.
Des brûleurs 10 sont disposés sur la surface intérieure de la paroi 3 du four. Plusieurs rouleaux 11, disposés en avant de l'ouverture 4 d'entrée du dispositif 2 de chauffage, sont destinés à assurer une introduction correcte de la bande 6 de
métal dans l'ouverture 4 d'entrée.
Etant donné que le dispositif 14 de refroidis-
sement est d'une conception analogue à celle du dispositif 2 de chauffage, sauf que ce dispositif 14 ne comporte pas de paroi de four, ledit dispositif 14 de refroidissement ne sera pas décrit en détail. Le dispositif 14 de refroidissement comporte des chambres intermédiaires supérieure et inférieure équipées chacune de plusieurs dispositifs destinés à incurver la bande, ces dispositifs étant placés dans la paroi des chambres adjacente à la bande 6 de métal introduite dans le dispositif 14 de refroidissement, et ces dispositifs étant disposés sur toute la longueur du canal permettant le passage
de la bande à l'intérieur du dispositif 14 de refroidissement.
Le dispositif 14 de refroidissement comporte également un ventilateur 16 de circulation d'air, une gaine 17 de soufflage, une ouverture 18 de sortie de la bande et plusieurs
rouleaux 19 de sortie.
La figure 5 montre en détail les dispositifs destinés à incurver la bande et disposés dans les parois des chambres intermédiaires 7 (du dispositif 2 de chauffage) et 15 (du dispositif 14 de refroidissement). Les parois des chambres intermédiaires 7 et 15 présentent, de manière bien connue, des 5. faces 21 contenant des buses, et des buses à pression dynamique sont disposées dans ces parois, de manière à projeter un gaz des chambres intermédiaires 7 contre la bande 6 de métal introduite dans l'appareil 1. Des coussins 22 à pression statique sont formés classiquement de manière connue,
c'est-à-dire de façon que le gaz provenant des chambres inter-
médiaires 7 soit projeté dans les directions indiquées par les flèches et qu'il frappe contre la bande 6 de métal. Plusieurs buses peuvent également être disposées dans les parois 22a des coussins 22 à pression statique faisant face au couloir de
passage de la bande afin de projeter une quantité supplémen-
taire de gaz contre la bande métallique 6. Il est également possible d'utiliser des surfaces planes à la place des faces 21 contenant les buses, et la bande 6 de métal peut être incurvée à l'aide de jets de gaz provenant uniquement des
buses 23 des coussins 22 à pression statique.
Comme représenté sur la figure 7, la bande 6a de métal, enroulée sur une bobine débitrice de manière classique, est déroulée comme indiqué par une flèche 30 et est dirigée de manière à passer dans divers mécanismes bien connus (non
représentés), puis dans l'appareil 1 de traitement thermique.
A sa sortie de l'appareil 1, la bande de métal est dirigée de manière à passer dans les divers mécanismes bien connus (non représentés) et elle est enroulée sur une bobine réceptrice, comme indiqué en 6b (et comme c'est le cas dans la pratique classique). Lorsque la bande 6 de métal est introduite dans l'appareil 1, les brûleurs 10 et les ventilateurs 8 et 16 de circulation d'air sont mis en marche. Lorsque la bande métallique 6 est à l'état stabilisé, elle est introduite entre les chambres intermédiaires supérieure et inférieure 7 et 15 tout en flottant et en étant incurvée suivant la forme d'une onde au moyen du gaz chauffé projeté par les buses disposées dans les parois des chambres intermédiaires 7 (du dispositif de chauffage) et de l'air (non chauffé) projeté par les buses disposées dans les parois des chambres intermédiaires 15 (du dispositif 14 de refroidissement), comme montré sur la figure 5. En passant dans la partie d'entrée 7b (figure 1) du 6. dispositif de chauffage 2 et dans la zone limite 7a, 15a (figure 1) entre le dispositif 2 de chauffage et le dispositif 14 de refroidissement, la bande métallique 6 est incurvée suivant un rayon inférieur à celui des autres tronçons situés à l'intérieur de l'appareil 1 (c'est-à-dire dans la partie restante du couloir ménagé pour la bande), comme montré sur la figure 8. Les éléments tels que les ventilateurs 8 et 16 de circulation d'air, les chambres intermédiaires 7 et 15 et les brûleurs 10 de l'appareil 1 fonctionnent de manière que la bande 6 de métal soit traitée comme indiqué précédemment et
qu'elle soit chauffée et refroidie suivant des caractéris-
tiques indiquées ci-après.
Après avoir été chauffée en passant dans le dispositif 2 de chauffage, la bande métallique 6 passe dans le dispositif 14 de refroidissement o elle est refroidie. Une zone de chauffage et une zone de refroidissement sont
indiquées respectivement en 25 et 26 sur la figure 1.
La figure 2 montre les variations de température d'une bande d'aluminium soumise au traitement thermique, tel que décrit ci-dessus, à l'aide de l'appareil 1 dont la zone 25 de chauffage et la zone 26 de refroidissement mesurent chacune 13 m de longueur. La longueur comprise entre les rouleaux Il d'introduction et l'ouverture 4 d'entrée et celle comprise entre l'ouverture 18 de sortie de la bande et les rouleaux 19 de sortie sont de 2 m. La bande d'aluminium a pour dimensions
0,3 mm d'épaisseur et 2000 mm de largeur.
Lorsque la bande d'aluminium est chauffée et refroidie comme mentionné précédemment, une contrainte thermique yx est engendrée dans la partie centrale de la largeur de la bande, dans la direction de cette largeur, comme montré sur la figure 3. Cependant, étant donné que la bande est incurvée comme mentionné précédemment pendant le traitement, la résistance au flambage de cette bande dans la direction de sa largeur est supérieure à la contrainte thermique yx. Par conséquent, la bande d'aluminium n'est pas déformée par cette contrainte thermique, mais elle conserve sa forme initiale (hormis les courbures.données par les jets de gaz) pendant le traitement. Comme montré sur la figure 3, la 7. contrainte thermique yx engendrée dans la bande est plus grande dans la section d'entrée 7b de la zone 25 de chauffage et dans la section limite 7a, 15a entre la zone 25 de chauffage et la zone 26 de refroidissement que dans les autres zones. Cependant, étant donné que la bande est courbée, dans ces sections 7b, 7a et 15a, à un rayon inférieur à celui des autres tronçons de cette bande, la résistance au flambage présentée par la bande dans ces sections est plus grande que celle obtenue dans les autres sections. Par conséquent, la résistance au flambage de ces tronçons de bande est également supérieure à la contrainte thermique des mêmes tronçons, de sorte que la bande n'est pas déformée par la contrainte
thermique engendrée dans ces tronçons.
La figure 10 montre la relation entre le rayon de courbure et la résistance au flambage de la bande d'aluminium mentionnée précédemment. Dans le traitement thermique montré sur les figures 2 et 3, la contrainte thermique maximale de la bande dans la section limite 7a, 15a entre la zone 25 de chauffage et la zone 26 de refroidissement est de 22,56 MPa (figure 3). A partir de la figure 10, il est donc possible d'obtenir un rayon maximal de courbure de 1,05 m conférant une résistance au flambage capable de supporter la contrainte thermique maximale indiquée ci-dessus. La figure 6 montre la partie des dispositifs destinés à incurver la bande et se trouvant dans la section limite 7a, 15a. Dans cette section, les dimensions A, B, C, D, E et F sont respectivement de 250 mm, 1200 mm, 600 mm, 50 mm, 200 mm et environ 90 mm. Le rayon de courbure donné à la bande dans cette section est R =
1,05 m.
Les rayons de courbure des tronçons de la bande autres que ceux se trouvant dans la section limite peuvent
être obtenus de la même manière que celle indiquée précédem-
ment. Autrement dit, la contrainte thermique engendrée dans chaque tronçon de la bande et un graphique montrant les caractéristiques de la bande en fonction de la température de chaque tronçon (c'est-à-dire un graphique analogue à celui de
la figure 10) sont utilisés. Dans le cas de la bande d'alumi-
nium mentionnée précédemment, le rayon de courbure du tronçon 8. se trouvant dans la section d'entrée 7b de la zone 25 de chauffage est R = 2 m, alors que les rayons de courbure de tous les autres tronçons (excepté le tronçon se trouvant dans la section limite) sont de 2,5 m. On peut donner ces rayons de courbure à la bande en modifiant de manière convenable les dimensions B et C de chaque partie des dispositifs destinés à
incurver la bande.
- La figure 9 montre une bande de métal présentant des courbures différentes, en amplitude, de celles montrées sur la figure 8. Ces changements de courbure peuvent être obtenus en faisant varier la pression des jets de gaz
produits par les buses.
Lorsque l'amplitude des courbures en forme d'onde d'une bande de métal est modifiée (comme lorsque l'on passe de la figure 8 à la figure 9) les - pas de la bande (c'est-à-dire les distances comprises entre des points correspondants d'ondes adjacentes de la -bande) nécessaires pour obtenir les rayons de courbure souhaités sont modifiés. Le changement des pas de la bande peut être obtenu par modification de manière convenable d'une ou plusieurs dimensions (comme montré sur la figure 6) de chaque partie des dispositifs destinés à incurver
la bande.
- Dans le cas de la figure 9, la bande métallique est incurvée suivant un rayon inférieur (R = 1,05 m), sur trois ondes (courbures) dans la section limite entre la zone de chauffage et la zone de refroidissement de l'appareil de traitement. Il est possible de donner ces formes d'ondes à la bande sur une dimension correspondant, par exemple, à une proportion de 10 à 15 % de la longueur totale des zones de
chauffage et de refroidissement.
La longueur et la position du tronçon d'une bande métallique soumis à une forte contrainte thermique dépendent des conditions de chauffage-(pente de la courbe ascendante de
température) de la bande dans la zone de chauffage, des condi-
tions de refroidissement (pente de la courbe de descente de la température) de la bande dans la zone de refroidissement et des dimensions (largeur et/ou épaisseur) et/ou de la matière
de la bande.
9. Le tronçon d'une bande métallique courbé suivant un plus faible rayon doit être déterminé de manière qu'il coïncide avec le tronçon de la bande soumis à une contrainte thermique plus grande. Par conséquent, si une contrainte thermique importante apparaît dans un tronçon de grande longueur d'une bande de métal, le tronçon de la bande auquel il est donné un plus faible rayon de courbure doit s'étendre sur la grande longueur correspondante. Si le milieu (dans la direction longitudinale) du tronçon d'une bande de métal soumis à une contrainte thermique importante s'éloigne de la limite entre les zones de chauffage et de refroidissement et se décale vers l'une ou l'autre de ces zones, le tronçon de la bande soumis à un rayon de courbure plus faible doit également
être décalé de manière correspondante.
La méthode indiquée ci-dessus pour donner un plus faible rayon de courbure à une bande de métal s'applique également pour incurver la bande suivant un plus faible rayon
dans la section d'entrée de la zone de chauffage.
L'un des résultats d'essais portant sur la consom-
mation de l'énergie nécessaire pour incurver une bande de métal selon l'invention montre que l'indice de consommation d'énergie électrique d'un ventilateur à air est de 82 pour donner à une bande de métal un rayon de courbure plus petit (tel que celui montré sur la figure 8) dans la section limite entre les zones de chauffage et de refroidissement et des rayons de courbure plus grands (tels que ceux indiqués1sur la figure 8) dans toutes les autres zones si l'on considère que
l'indice de consommation d'énergie électrique d'un venti-
lateur à air est de 100 lorsqu'on donne à une bande de métal de faibles rayons de courbure, tels que ceux indiqués précédemment, sur toute la longueur des zones de chauffage et de refroidissement. En ce qui concerne l'énergie électrique demandée par un ventilateur à air, il apparaît donc que le procédé de l'invention permet une économie d'énergie d'environ 20 % par rapport à la consommation résultant de la mise en
oeuvre du procédé classique de traitement thermique.
Il est apparu que, lorsqu'on fait passer une bande de métal dans l'appareil 1 sans la courber, Sauf dans la 10.
section limite entre les zones de chauffage et de refroidis-
sement, c'est-à-dire lorsqu'on fait passer la bande à plat, sauf dans la section limite, l'énergie électrique demandée pour le fonctionnement du ventilateur à air est inférieure à celle consommée dans le cas indiqué précédemment, c'est-à-dire qu'elle est d'un indice égal à 72. Cependant, lorsqu'on fait
passer de cette manière une bande de métal de 0,3 mm d'épais-
seur ou moins dans l'appareil, le tronçon de la bande avançant à plat vibre légèrement, mais rapidement, et ces vibrations
peuvent provoquer une rupture de la bande.
Si cela est souhaité, il est possible de durcir, pendant le procédé de traitement thermique, une bande de métal en faisant varier la température de cette bande, comme indiqué par la courbe pointillée de la figure 2, c'est-à-dire en élevant la température de la bande comme indiqué en (A) dans la zone de chauffage, en maintenant la température maximale pendant un certain temps comme indiqué en (B) dans la partie adjacente à la fin de la zone 25 de chauffage, et en faisant descendre rapidement la température de la bande (par exemple à une vitesse de 1000C ou plus par seconde) comme indiqué en (C) dans la zone 26 de refroidissement. La descente rapide de la température de la bande peut être obtenue par un accroissement de la quantité d'air projetée par les chambres intermédiaires
, ou bien par un abaissement de la température de l'air.
En variante, un brouillard, de l'eau ou de l'eau chaude peut être projeté contre la bande afin d'en faire
descendre rapidement la température.
Si l'on fait durcir une bande de métal au cours du procédé de traitement thermique comme indiqué ci-dessus, les variations de température de la bande deviennent extrêmement importantes, ce qui élève la contrainte thermique engendrée
dans la bande, dans la direction de sa largeur. Par consé-
quent, si un tel durcissement est réalisé sur la bande au cours du traitement thermique, il est souhaitable que la bande de métal soit incurvée suivant de plus faibles rayons afin que la résistance au flambage de la bande soit supérieure à la
contrainte thermique.
il. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans
sortir du cadre de l'invention.
12.
Claims (5)
1. - Procédé de traitement thermique de bandes de métal, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer une bande de métal dans une zone (25) de chauffage et dans une zone (26) de refroidissement, en mode flottant, tout en- donnant à la bande la forme d'une onde dans la direction longitudinale de ladite bande, sur toute la longueur des zones de chauffage et de refroidissement, la forme d'onde étant donnée à la bande de manière que cette dernière présente, dans la section limite (7a, 15a) entre les zones de chauffage et de refroidissement, une ou plusieurs ondes d'un rayon de courbure inférieur aux rayons de courbure des autres ondes données à
cette bande dans les zones de chauffage et de refroidissement.
2. - Procédé selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que la forme d'ondes est donnée à la bande de manière que cette dernière forme, dans la section- d'entrée (7b) de la zone de chauffage, de même que dans la section limite entre les zones de chauffage et de refroidissement, une ou plusieurs ondes ayant un rayon de courbure inférieur aux rayons de courbure des autres ondes données à la bande dans
lesdites zones de chauffage et de refroidissement.
3. - Procédé selon l'une des revendications 1 et
2, caractérisé en ce que le flottement de la bande est obtenu par la projection d'un gaz contre les faces supérieure et inférieure de la bande dans les zones de chauffage et de refroidissement.
4. - Procédé selon la revendication 3, carac-
térisé en ce que la forme d'ondes est donnée à la bande par l'application de jets de gaz puissants et faibles contre les faces supérieure et inférieure de la bande, d'une manière alternant le long de la direction longitudinale de la bande, les jets de gaz puissants étant appliqués sur la face supérieure ou inférieure de la bande, opposée à celle recevant
les jets faibles.
5. - Procédé selon la revendication 4, carac-
térisé en ce que l'application des jets de gaz faibles sur la bande consiste à appliquer plusieurs jets de gaz, espacés le long de la bande et sortant d'une plaque disposée 13. parallèlement à la bande, alors que l'application des jets de gaz puissants sur la bande consiste à projeter un gaz à partir d'un coussin à pression statique, gonflé en direction de
ladite plaque.
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