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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
.
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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-
. .
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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
.
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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
.
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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
.
.
, ~ .
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~5~
prévoir des inducteurs qui fassent ~ute la longueur de la sole
d'égalisation.
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