EP0731853B1 - Dispositif de refroidissement accelere d'un substrat continu en defilement rapide dans un plan vertical - Google Patents
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
- C23C2/26—After-treatment
Definitions
- the present invention relates to an accelerated cooling device continuous substrate moving rapidly in a vertical plane, plus particularly a coated metal strip, for example a sheet hot dip galvanized.
- the cooling device object of the present invention, will intentionally described and to facilitate understanding in as part of its use during cooling, after treatment of galvannealing, of a strip of galvanized steel, but this description in no way prejudges that the device of the invention cannot apply in other circumstances requiring conditions similar cooling.
- the heat treatment called "galvannealing” consists in subjecting a hot-dip galvanized steel sheet after heating, temperature maintenance then cooling.
- This treatment aims to ensure the diffusion of iron from the sheet through the coating layer, usually zinc or zinc alloy, so to obtain iron contents between 7% and 13% in the layer of the aforementioned coating.
- This heat treatment operation has for effect of obtaining a coating having better stampability and weldability.
- the classic galvannealing operation is carried out in an installation where the sheet describes at least two vertical passes namely a pass upward and downward pass.
- the sheet leaves the bath vertically galvanizing to start its upward phase and enter, directly after the wringing device consisting of air knives, in a heating oven which brings the sheet to a temperature between 460 ° C and 600 ° C; the sheet then circulates in a holding oven at temperature. Above this oven is located at least one device for cooling intended to solidify the coating of the sheet metal, so as not to damage this coating on the rollers return ending the ascending phase and guiding the sheet towards the phase descending.
- the quality of the coating obtained, after the operation of galvannealing is directly related to the diffusion of iron in the layer of zinc or zinc alloy and that this is favorably influenced by a sufficiently long temperature holding time, for example greater than 10 seconds.
- the applicant has developed a process in which the heating power as cooling flows to limit the space necessary for these two operations and thereby preserve a sufficient length to obtain a passage time in the furnace of keeping as high a temperature as possible in order to obtain optimal conditions for iron diffusion in the coating layer; the cycle thus produced approaches the ideal cycle called "square".
- US-A-3,428,023 also describes a device for depositing a coating of zinc on a moving steel strip, and to cool and solidify this coating by means of water spray jets.
- the present invention relates to an accelerated cooling device of low length, particularly suitable for being used for cooling rapid by means of water / air mist nozzles of a coated substrate after leaving it last out of a temperature maintenance oven and before passing over rollers referral, particularly in the context of galvannealing treatment.
- said angle is between 35 ° and 40 °.
- the means for forming one or more fog curtains comprise fog projection ramps, and said projection ramps consist of two tubes whose longitudinal axes are parallel to the plane of said substrate, one of the two tubes encompassing the other and one of the tubes being supplied with water while the other is supplied with air, as well as by sprinklers supplied with water and in air by the two aforementioned tubes so as to form said mist curtains.
- object of the invention comprises suction and evacuation means coolant outside the closed enclosure of said device cooling and preferably said means are located near of the upper end of the aforementioned device.
- the aforementioned evacuation means include fume extractor hoods used as cooling fluid.
- the previous modality provides a very effective solution to the problems techniques posed respectively, on the one hand by the waterfall in the bath of molten zinc and secondly by entrainment of fluid cooling outside the enclosure and bringing it into contact with the upper idler rollers.
- FIG. 1 shows that the substrate 1 passes through the bath 2 of zinc or zinc alloy contained in the galvanizing tank 3, leaves this last vertically after return around roller 4, goes through a roller guide system 5, spins at device level wringing 6, consisting of air knives intended to adjust the thickness of the coating layer on the substrate. This last then begins a vertical upward trajectory until the second deflection roller 7, follows a horizontal path up to third deflection roller 8, then descends in a trajectory vertical to a later operation.
- the substrate goes through a short rapid heater 9 and then a short temperature equalization device 10, a device much longer 11 holding temperature and finally in a short rapid cooling device 12 equipped with fog ramps water / air.
- FIG. 2 illustrates a preferred embodiment of the device 12 for rapidly cooling a coated substrate.
- the closed enclosure 13 including the rapid cooling device, the substrate to be cooled 1, the inlet 14 with compressed air barriers 141 preventing the coolant go down to the galvanizing bath, outlet 15 with air dams 151 preventing coolant from escaping towards the upper deflection rollers, the projection ramps 16 water / air mist, as well as devices 161, such as deflectors, intended to promote contact between the substrate and the fog and finally the hoods 17 for extracting the fog out of the enclosure defining the cooling device.
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Description
La présente invention a trait à un dispositif de refroidissement accéléré
d'un substrat continu en défilement rapide dans un plan vertical, plus
particulièrement une bande métallique revêtue, par exemple une tôle
galvanisée à chaud.
Le dispositif de refroidissement, objet de la présente invention, sera
décrit intentionnellement et en vue d'en faciliter la compréhension dans
le cadre de son utilisation lors du refroidissement, après traitement
thermique de galvannealing, d'une bande d'acier galvanisée, mais cette
description ne préjuge en rien que le dispositif de l'invention ne puisse
être d'application dans d'autres circonstances requérant des conditions
de refroidissement similaires.
Le traitement thermique appelé "galvannealing" consiste à soumettre une
tôle d'acier galvanisée à chaud successivement à un chauffage, un
maintien à température puis un refroidissement.
Ce traitement vise à assurer la diffusion du fer de la tôle à travers la
couche de revêtement, généralement en zinc ou alliage de zinc, afin
d'obtenir des teneurs en fer comprises entre 7 % et 13 % dans la couche
de revêtement précitée. Cette opération de traitement thermique a pour
effet d'obtenir un revêtement présentant une meilleure emboutissabilité
et soudabilité.
L'opération classique de galvannealing est effectuée dans une installation
où la tôle décrit au moins deux passes verticales à savoir une passe
ascendante et une passe descendante.
De manière schématique, on dira que la tôle quitte verticalement le bain
de galvanisation pour amorcer sa phase ascendante et entre, directement
après le dispositif d'essorage constitué par des couteaux d'air, dans un
four de chauffage qui porte la tôle à une température comprise entre
460°C et 600°C; la tôle circule ensuite dans un four de maintien à
température. Au-dessus de ce four est situé au moins un dispositif de
refroidissement destiné à assurer la solidification du revêtement de la
tôle, de manière à ne pas endommager ce revêtement sur les rouleaux de
renvoi terminant la phase ascendante et guidant la tôle vers la phase
descendante.
Il s'est avéré que la qualité du revêtement obtenu, après l'opération de
galvannealing, est directement en relation avec la diffusion du fer dans
la couche de zinc ou d'alliage de zinc et que celle-ci est favorablement
influencée par une durée de maintien à température suffisamment longue,
par exemple supérieure à 10 secondes.
Or, la longueur de la phase ascendante est limitée par des problèmes de
construction mécanique et de contrôle des vibrations produites dans la
tôle au niveau des couteaux d'air.
Pour utiliser au mieux la longueur d'installation dont on dispose pour
effectuer les opérations de chauffage, maintien et refroidissement avant
passage sur les rouleaux de renvoi sis au-dessus de la phase ascendante,
le demandeur a mis au point un procédé dans lequel on augmente tant la
puissance de chauffage que les flux de refroidissement afin de limiter
l'espace nécessaire à ces deux opérations et préserver de la sorte une
longueur suffisante pour obtenir un temps de passage dans le four de
maintien à température le plus grand possible en vue d'obtenir des
conditions optimales de diffusion du fer dans la couche de revêtement;
le cycle ainsi réalisé se rapproche du cycle idéal dit "carré".
On connaít déjà, notamment par la publication EP-A-0 395 759, un dispositif à double
jet pour produire une bande d'acier revêtu de zinc par immersion, présentant un
fleurage minimum, qui comprend une enceinte équipée de gicleurs à brouillard eau/air
et présentant un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour la bande d'acier.
Le brevet US-A-3.428.023 décrit par ailleurs un dispositif pour déposer un revêtement
de zinc sur une bande d'acier en mouvement, et pour refroidir et solidifier ce
revêtement au moyen de jets d'eau pulvérisée.
La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement accéléré de faible
longueur, particulièrement apte à être mis en oeuvre pour assurer un refroidissement
rapide au moyen de gicleurs à brouillard eau/air d'un substrat revêtu après sortie de ce
dernier hors d'un four de maintien à température et avant passage sur des rouleaux de
renvoi, notamment dans le cadre du traitement de galvannealing.
Conformément à la présente invention, un dispositif de refroidissement accéléré d'un
substrat continu en défilement rapide dans un plan vertical, formé par une enceinte
close comportant un orifice inférieur d'entrée et un orifice supérieur de sortie pour le
passage dudit substrat, dans lequel ladite enceinte comprend une zone de
refroidissement, dite principale, dotée de moyens d'introduction du fluide de
refroidissement sous la forme de rideaux de brouillard eau-air de part et d'autre dudit
substrat, une zone de refroidissement, dite secondaire, dotée de moyens favorisant le
contact entre le fluide de refroidissement et le substrat, et une zone d'extraction du
fluide de refroidissement, et dans lequel lesdits orifices d'entrée et de sortie sont dotés
de moyens de retenue du fluide de refroidissement à l'intérieur de l'enceinte, est
caractérisé en ce que lesdits rideaux de brouillard sont disposés dans l'espace en
formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport au sens de mouvement dudit
substrat, et en ce que lesdits moyens de retenue du fluide de refroidissement sont
constitués par des jets d'air comprimé disposés de part et d'autre dudit substrat et
dirigés vers celui-ci, pour empêcher toute sortie de fluide de refroidissement hors de
ladite enceinte.
Suivant une réalisation préférentielle du dispositif de refroidissement, ledit angle est
compris entre 35° et 40°.
Suivant une autre modalité de réalisation préférentielle du dispositif de refroidissement
de l'invention, les moyens pour former un ou plusieurs rideaux de brouillard
comprennent des rampes de projection de brouillard, et lesdites rampes de projection
sont constituées par deux tubes dont les axes longitudinaux sont parallèles au plan
dudit substrat, l'un des deux tubes englobant l'autre et l'un des tubes étant alimenté en
eau tandis que l'autre est alimenté en air, ainsi que par des gicleurs alimentés en eau
et en air par les deux tubes précités de manière à former lesdits rideaux de brouillard.
Suivant une autre réalisation préférentielle du dispositif, objet de
l'invention, celui-ci comporte des moyens d'aspiration et d'évacuation
du fluide de refroidissement hors de l'enceinte close dudit dispositif
de refroidissement et préférentiellement lesdits moyens sont situés près
de l'extrémité supérieure du dispositif précité.
Suivant encore une autre modalité de réalisation préférentielle du
dispositif de l'invention, les moyens d'évacuation précités comprennent
des hottes d'aspiration du brouillard utilisé comme fluide de refroidissement.
La modalité précédente apporte une solution très efficace aux problèmes
techniques posés respectivement, d'une part par la chute d'eau dans le
bain de zinc fondu et d'autre part par l'entraínement de fluide de
refroidissement hors de l'enceinte et sa mise en contact avec les
rouleaux de renvoi supérieurs.
La description qui suit a trait à une réalisation particulière et sera
explicitée en faisant référence aux dessins annexés, dans lesquels
- la figure 1
- illustre le principe du traitement thermique de galvannealing;
- la figure 2
- représente une vue globale du dispositif de refroidissement de l'invention.
Les figures précitées constituent des représentations schématiques dans
lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la bonne
compréhension de l'invention.
La figure 1 montre que le substrat 1 passe dans le bain 2 de zinc ou
alliage de zinc contenu dans la cuve 3 de galvanisation, quitte cette
dernière verticalement après renvoi autour du rouleau 4, passe par un
système de guidage à rouleaux 5, subit un essorage au niveau du dispositif
d'essorage 6, constitué par des couteaux d'air ayant pour objet de
régler l'épaisseur de la couche de revêtement sur le substrat. Ce dernier
commence alors une trajectoire ascendante verticale jusqu'au deuxième
rouleau de renvoi 7, poursuit une trajectoire horizontale jusqu'au
troisième rouleau de renvoi 8, puis redescend en une trajectoire
verticale vers une opération ultérieure.
Au cours de la trajectoire ascendante entre les rouleaux 4 et 7, le
substrat passe dans un court dispositif de chauffage rapide 9, puis un
court dispositif 10 d'égalisation de la température, un dispositif
beaucoup plus long 11 de maintien à température et enfin dans un court
dispositif 12 de refroidissement rapide équipé de rampes à brouillard
eau/air.
La figure 2 illustre une modalité de réalisation préférentielle du
dispositif 12 de refroidissement rapide d'un substrat revêtu.
On distingue sur cette figure 2, l'enceinte close 13 englobant le
dispositif de refroidissement rapide, le substrat à refroidir 1, l'entrée
14 dotée de barrages 141 d'air comprimé empêchant le fluide de refroidissement
de descendre vers le bain de galvanisation, la sortie 15 dotée de
barrages 151 à air comprimé empêchant la sortie du fluide de refroidissement
vers les rouleaux de renvoi supérieurs, les rampes 16 de projection
de brouillard eau/air, ainsi que les dispositifs 161, tels que des
déflecteurs, destinés à favoriser le contact entre le substrat et le
brouillard et enfin les hottes 17 d'extraction du brouillard hors de
l'enceinte définissant le dispositif de refroidissement.
Il va de soi que la description ci-dessus est volontairement limitée à
un domaine particulier tel que le galvannealing, mais il n'en reste pas
moins vrai que la présente demande de brevet vise à couvrir toute mise
en oeuvre du dispositif de refroidissement revendiqué et ce indépendamment
de modalités d'application, comme par exemple la nature du fluide
de refroidissement utilisé.
Claims (3)
- Dispositif de refroidissement accéléré d'un substrat continu en défilement rapide dans un plan vertical, formé par une enceinte close comportant un orifice inférieur d'entrée et un orifice supérieur de sortie pour le passage dudit substrat, dans lequel ladite enceinte comprend une zone de refroidissement, dite principale, dotée de moyens d'introduction du fluide de refroidissement sous la forme de rideaux de brouillard eau-air de part et d'autre dudit substrat, une zone de refroidissement, dite secondaire, dotée de moyens favorisant le contact entre le fluide de refroidissement et le substrat, et une zone d'extraction du fluide de refroidissement, et dans lequel lesdits orifices d'entrée et de sortie sont dotés de moyens de retenue du fluide de refroidissement à l'intérieur de l'enceinte, caractérisé en ce que lesdits rideaux de brouillard sont disposés dans l'espace en formant un angle compris entre 30° et 60° par rapport au sens de mouvement dudit substrat, et en ce que lesdits moyens de retenue du fluide de refroidissement sont constitués par des jets d'air comprimé disposés de part et d'autre dudit substrat et dirigés vers celui-ci, pour empêcher toute sortie de fluide de refroidissement hors de ladite enceinte.
- Dispositif de refroidissement suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle est compris entre 35° et 40°.
- Dispositif de refroidissement suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour former un ou plusieurs rideaux de brouillard comprennent des rampes de projection de brouillard et en ce que lesdites rampes de projection sont constituées par deux tubes dont les axes longitudinaux sont parallèles au plan dudit substrat, l'un des deux tubes englobant l'autre et l'un des tubes étant alimenté en eau tandis que l'autre est alimenté en air, ainsi que par des gicleurs alimentés en eau et en air par les deux tubes précités de manière à former lesdits rideaux de brouillard.
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