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Dispositif de soufflage de gaz sur une face d'un matériau
en bande en défilement.
La présente invention concerne un dispositif de
soufflage de gaz sur une surface d'un matériau en bande en
défilement. L'invention concerne tout particulièrement les
lignes de traitement de bande d'acier ou d'aluminium
utilisant au moins une chambre de refroidissement par jets
de gaz, ou une section de refroidissement par jets de gaz,
telles que les lignes de traitement thermique, en
particulier les lignes de recuit continu, ou telles que les
lignes de revêtement, en particulier les lignes de
galvanisation.
L'invention n'est cependant pas limitée au domaine
d'utilisation précité et concerne plus généralement le
soufflage de gaz sur une face d'un matériau en bande en
défilement qui peut être un matériau non métallique, par
exemple du papier, ou de la matière plastique, en vue d'un
traitement de séchage, de refroidissement, ou de revêtement
selon le cas.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
Il est connu depuis longtemps d'utiliser des
dispositifs de soufflage de gaz sur une ou deux faces d'une
bande métallique en défilement, en particulier en vue de
son refroidissement. On pourra ainsi se référer aux
documents US-A-3 116 788 et US-A-3 262 688 qui décrivent
différents systèmes de soufflage de gaz à partir de
caissons creux ou d'éléments creux tubulaires disposés dans
la direction longitudinale de la bande ou dans une
direction transversale à la direction de défilement de
celle-ci. Ces documents enseignent d'utiliser des jets de
gaz inclinés par rapport à la normale au plan de la bande
en défilement afin d'améliorer la stabilité de la bande en
cours de défilement.
On pourra également se référer aux documents GB-A-
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940881, DE-A-4406846, FR-A-1 410 686 et WO-A-2007/014 406
qui décrivent des caissons de soufflage à face active
trouée.
On a également proposé des ensembles à deux tubes
de refroidissement d'inclinaison réglable par rapoprt au
plan de la bande, comme décrit dans les documents JP-A-
58 185 717 et JP-A-58 157 914.
Plus récemment, il a été proposé de canaliser le
flux du gaz soufflé en prévoyant des caissons équipés de
tubes de soufflage, avec une inclinaison des tubes de
soufflage vers les bords de la bande, principalement pour
éviter les vibrations de la bande en défilement lors de son
refroidissement par soufflage de jets de gaz, comme cela
est décrit dans le document WO-A-01/09397.
Le document US-A-6 054 095 enseigne également
d'incliner vers les bords de la bande des tubes de
soufflage équipant des caissons, l'agencement des tubes de
soufflage étant choisi pour avoir une meilleure homogénéité
de la température de la bande.
Les dispositifs de soufflage de gaz précités
comportent ainsi deux caissons creux qui sont chacun
équipés d'une pluralité de buses tubulaires dirigées vers
la face concernée du matériau en bande, chaque caisson
creux présentant, du côté tourné vers la face concernée du
matériau en bande un profil plat parallèle au plan de la
bande.
Dans les dispositifs précités, les orifices des
buses tubulaires sont à une distance suffisante de la bande
pour éviter tout risque d'un contact de celle-ci qui
risquerait de marquer le matériau en bande et de
l'endommager, ou éventuellement d'arracher des buses
tubulaires de soufflage. Ainsi, dans la pratique, même avec
les systèmes à buses de soufflage inclinées vers les bords
de la bande, la distance entré l'orifice des buses de
soufflage et la bande descend rarement en dessous d'une
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distance de 50 à 100 mm.
Pour améliorer les performances de refroidissement,
il est nécessaire soit de diminuer cette distance de façon
sensible, soit d'organiser le système de soufflage pour
avoir des débits très élevés, ce qui induit un coût élevé,
soit encore d'adopter les deux solutions ci-dessus, mais
cela augmente encore les risques de contact entre la bande
et les buses de soufflage en raison des oscillations
difficiles à contrôler de la bande lors du défilement de
celle-ci. On se heurte donc dans la pratique à une
limitation structurelle qui est communément admise par les
spécialistes du domaine.
L'arrière-plan technologique peut enfin être
complété en citant le document JP-A-2005 089772, qui décrit
un tube d'aspersion cintré en V équipé de buses tubulaires,
qui ont toutes la même longueur, projetant de l'eau de
refroidissement sur une bande d'acier verticale.
OBJET DE L'INVENTION
L'invention vise à proposer un dispositif de
soufflage de gaz ne présentant pas les inconvénients et/ou
limitations des systèmes antérieurs mentionnés plus haut,
et optimisant à la fois les aspects thermiques et
aéroliques du soufflage, tout en minimisant les vibrations
ou les déports de bande lors du défilement de celle-ci, et
ce pour un coût d'installation restant raisonnable.
DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION
Le problème technique précité est résolu
conformément à l'invention grâce à un dispositif de
soufflage de gaz sur une face d'un matériau en bande en
défilement, comportant au moins un caisson creux équipé
d'une pluralité de buses tubulaires dirigées vers la face
concernée du matériau en bande, dans lequel le caisson
creux présente, du côté tourné vers la face concernée du
matériau en bande, une surface dont le profil est variable
dans au moins une direction donnée, symétriquement par
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rapport à un plan médian perpendiculaire au plan de la
bande, et les buses tubulaires sont fixées au niveau de
leur pied à la surface à profil variable de telle façon que
leur axe respectif soit essentiellement orthogonal audit
profil variable au point considéré, les buses tubulaires
ayant une longueur respective qui est choisie pour que les
orifices de sortie desdites buses soient dans un plan
commun sensiblement parallèle au plan de la bande.
Du fait de l'organisation d'un profil variable pour
la surface active du ou des caissons creux, on peut obtenir
une amélioration très sensible de la reprise des gaz, sans
pour autant compliquer la mise en place des buses
tubulaires grâce à leur implantation préservant
l'orthogonalité de leur axe par rapport à la surface
porteuse, et de plus l'agencement des buses avec leur
longueur adaptée au profil variable garantit une excellente
homogénéité du soufflage, et par suite une avantage notable
à la fois pour l'homogénéité de la température dans le
matériau en bande et pour la stabilité dudit matériau en
bande lors du défilement de celui-ci, et ce quel que soit
le profil variable retenu.
La direction donnée dans laquelle le profil est
variable pourra être transversale, ou en variante
parallèle, à la direction de défilement du matériau en
bande. Dans une autre variante, le profil pourra être
variable à la fois dans une direction transversale à la
direction de défilement du matériau en bande et dans une
direction parallèle à ladite direction de défilement.
De préférence, le profil variable est un profil en
dièdre, de façon à conférer une inclinaison constante des
buses tubulaires de part et d'autre du plan médian. Le
profil en dièdre précité pourra être de type convexe ou
concave, de sorte que l'arête médiane de la surface à
profil variable correspond alors respectivement à la plus
petite ou à la plus grande distance au plan de la bande, en
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fonction de l'effet technique recherché pour l'application
concernée. En particulier, on pourra prévoir que le profil
en dièdre a un angle au sommet compris entre 150 et 170 .
En variante du profil variable en dièdre, on pourra
5 prévoir un profil en ligne brisée, ou un profil curviligne,
de façon à conférer une inclinaison variable des buses
tubulaires de part et d'autre du plan médian.
De préférence encore, il sera intéressant de
prévoir que la surface à profil variable présente, du côté
intérieur du caisson creux et au niveau du pied de chaque
buse tubulaire, un orifice de forme tulipée, et que chaque
buse tubulaire présente une extrémité libre à alésage
s'évasant coniquement, ces modalités procurant des
avantages sensibles en vue de la diminution des pertes de
charge. Ceci permet alors d'utiliser un très grand nombre
de buses de soufflage en vue d'une efficacité optimale tant
sur le plan aérolique que sur le plan thermique, tout en
mettant en oeuvre une puissance raisonnable
Conformément à un mode d'exécution particulièrement
avantageux, le dispositif de soufflage de gaz comporte deux
caissons creux entre lesquels le matériau en bande est
destiné à défiler, de façon que le soufflage de gaz
concerne simultanément les deux faces de la bande en
défilement, et l'un au moins desdits caissons a une surface
à profil variable pour l'implantation des buses tubulaires
associées.
De préférence alors, les deux caissons creux ont
une surface à profil variable, et ces deux surfaces sont
symétriques par rapport au plan de passage de la bande.
On pourra enfin également prévoir que les buses
tubulaires des deux caissons creux sont implantées de façon
que les points d'impact du gaz soufflé sur la bande en
défilement soient en quinconce de part et d'autre de ladite
bande lorsque la direction donnée dans laquelle le profil
est variable est transversale à la direction de défilement
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du matériau en bande. Dans le cas d'une direction parallèle
à la direction de défilement, on pourra aussi prévoir un
agencement en quinconce des points d'impact du gaz soufflé
sur la bande en défilement, mais suivant la longueur de
ladite bande, et dans le cas d'un profil variable à la fois
dans une direction transversale et dans une direction
parallèle à la direction de défilement, on pourra prévoir
un agencement des points d'impact en quinconce suivant la
largeur et la longueur de ladite bande.
D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la
description qui va suivre et des dessins annexés.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
Il sera fait référence dans la suite aux figures
des dessins annexés, où :
- la figure 1 est une vue en perspective d'un
dispositif de soufflage de gaz conforme à l'invention,
comportant ici deux caissons creux entre lesquels circule
un matériau en bande, chaque caisson creux ayant une
surface active équipée de buses tubulaires et présentant un
profil variable en dièdre convexe ici dans une direction
transversale à la direction de défilement dudit matériau en
bande ;
- la figure 2 est une vue de dessus du dispositif
de la figure 1, permettant de mieux distinguer les deux
surfaces en regard à profil variable en dièdre convexe ;
- la figure 3 est une vue latérale du dispositif de
la figure 1 ;
- la figure 4 est une vue de la surface active de
l'un des caissons creux, laquelle surface est équipée d'une
pluralité de buses tubulaires et présente un profil
variable, ici en forme de dièdre dont on distingue l'arête
médiane ;
- la figure 5 est une vue partielle des deux
caissons du dispositif de soufflage précédent, permettant
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de bien distinguer les deux profils en dièdre convexe qui
sont en vis-à-vis ;
- les figures 6 et 7, analogues à la figure 5,
illustrent deux autres variantes dans lesquelles
respectivement l'un des caissons présente une surface
active de type traditionnel (face plane), ou les deux
caissons ont une surface active présentant un profil en
dièdre qui n'est plus de type convexe mais de type
concave ;
- la figure 8 est une vue partielle à plus grande
échelle permettant de mieux distinguer l'agencement des
buses tubulaires, et en particulier la disposition en
quinconce de leurs points d'impact sur la bande en
défilement ;
- la figure 9 est une vue en coupe d'une buse
tubulaire, permettant de mieux distinguer la géométrie et
l'implantation de ladite buse en vue de minimiser les
pertes de charge ;
- les figures 10 et 11 sont des vues partielles
analogues à celles de la figure 8, visant à illustrer
d'autres types de profils variables, ici respectivement un
profil en ligne brisée et un profil curviligne, afin de
conférer une inclinaison variable des buses tubulaires ;
- les figures 12 et 13, qui sont à rapprocher des
figures 1 et 2, illustrent une variante où la direction
dans laquelle le profil est variable est parallèle à la
direction de défilement du matériau en bande, et les
figures 14 et 15 illustrent de la même façon une autre
variante où le profil est variable à la fois dans une
direction transversale et dans une direction parallèle à
ladite direction de défilement.
DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE DE
L'INVENTION
Les figures 1 à 3 illustrent une partie d'une
installation de soufflage incluant un dispositif de
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soufflage de gaz noté 10 conforme à l'invention.
Le dispositif 10 comporte, de part et d'autre d'un
matériau en bande de défilement noté 15, la direction de
défilement étant symbolisée par la flèche 100, un élément
structurel 11, ici en forme de oméga, avec des ailes notées
13, auquel est fixé un caisson creux 20, le matériau en
bande 15 circulant entre les deux caissons creux en regard.
Chaque caisson creux 20 comporte une face arrière
21 à laquelle se raccorde une tubulure 12 d'admission de
gaz de soufflage, ainsi qu'une surface frontale ou active
22, opposée à la face 21, qui est quant à elle tournée vers
la face concernée du matériau en bande 15, et deux faces
latérales 23.
Chaque caisson creux 20 est équipé d'une pluralité
de buses tubulaires 30 qui sont dirigées vers la face
concernée du matériau en bande 15.
Conformément à une caractéristique de l'invention,
la surface 22 de chaque caisson creux 20, qui est tournée
vers la face concernée du matériau en bande 15, présente un
profil P qui est variable dans au moins une direction
donnée D, qui est ici une direction unique transversale à
la direction 100 de défilement du matériau en bande 15,
symétriquement par rapport à un plan médian Q
perpendiculaire au plan de la bande 15 (comme cela est
mieux visible sur la figure 1), et les buses tubulaires 30
sont fixées au niveau de leur pied à la surface 22 à profil
variable de telle façon que leur axe respectif soit
essentiellement orthogonal audit profil variable au point
considéré (comme cela est mieux visible sur le détail de la
figure 9). De plus, la longueur respective 1 de chacune des
buses tubulaires 30 est choisie pour que les orifices de
sortie desdites buses soient dans un plan commun (ce plan
commun, noté R, est mieux visible sur le détail de la
figure 8) qui est sensiblement parallèle au plan de la
bande 15. Grâce à cette dernière disposition, on obtient
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des distances de jets qui sont identiques sur toute la
largeur de la bande, et de part et d'autre (de chaque côté)
de celle-ci, ce qui est favorable à la fois pour une
stabilisation optimale lors du défilement de ladite bande,
et aussi pour l'homogénéité de la température dans ladite
bande. Ceci peut paraître surprenant pour l'homme de
métier, car les longueurs variables (mais importantes en
absolu) des buses tubulaires ne modifient en fait
pratiquement pas les vitesses de sortie du gaz soufflé, et
c'est donc l'équidistance des orifices de buses par
rapport au plan de la bande qui préserve l'homogénéité de
l'action exercée par le gaz soufflé sur ladite bande.
Comme cela a été illustré pour le mode de
réalisation des figures 1 à 5, le profil variable P est un
profil en dièdre, de façon à conférer une inclinaison
constante des buses tubulaires 30 de part et d'autre du
plan médian Q, et ce profil en dièdre est ici de type
convexe, de sorte que l'arête médiane 24 de la surface à
profil variable 22 correspond à la plus petite distance au
plan de la bande 15.
On utilise en l'espèce deux caissons creux 20 entre
lesquels le matériau en bande 15 peut défiler, de façon que
le soufflage de gaz concerne simultanément les deux faces
de la bande en défilement 15. Sur les figures 1 à 5, les
deux caissons creux 20 ont des surfaces 22 à profil
variable P en forme de dièdre convexe, et ces deux surfaces
sont symétriques par rapport au plan de la bande 15.
L'inclinaison de chaque face du dièdre est repérée par un
angle t, et l'angle au sommet (angle obtus) est noté a. En
particulier, avec un angle (3 de l'ordre de 100, on pourra
ainsi prévoir des buses tubulaires 30 dont la longueur 1 va
de 250 à 300 mm, les buses tubulaires fixées au niveau de
l'arête 24 du dièdre étant en l'espèce perpendiculaires au
plan de la bande, dans le plan médian Q, avec une longueur
1 plus courte qui est de l'ordre de 100 mm. L'intervalle d
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entre les axes 35 des buses tubulaires 30 adjacentes (mieux
visible sur le détail de la figure 8) sera alors de l'ordre
de 60 mm.
5 Le profil en dièdre P de type convexe peut s'avérer
très avantageux lorsque l'on cherche à privilégier la
reprise latérale des gaz de soufflage, ces gaz s'échappant
en effet latéralement selon des flèches 101 illustrées aux
figures 1 et 5, la figure 5 montrant l'effet de divergent
10 procuré par la disposition inclinée des deux surfaces 22 de
chaque côté du plan médian Q, ce couloir divergent étant
bien entendu favorable à une reprise latérale optimale des
gaz de soufflage.
On pourra naturellement en variante prévoir un
agencement différent des deux caissons 20 en regard, comme
cela est illustré sur les figures 6 et 7.
Sur la figure 6, l'un seulement des caissons 20
présente une surface 22 à profil variable P, ici en forme
de dièdre de type convexe, tandis que l'autre caisson 20
est de type traditionnel, avec une surface 22 qui est plane
et parallèle au plan de la bande en défilement 15. On
retrouve l'effet précité d'un passage de reprise latérale
divergent, mais l'effet est moins marqué que dans la
variante de la figure 5.
Sur la figure 7, les deux caissons en regard 20
présentent une surface à profil P variable, lequel est ici
un profil en dièdre de type concave, de sorte que l'arête
médiane 24 de la surface à profil variable 22 correspond
alors à la plus grande distance au plan de la bande 15. Ce
mode de réalisation sera réservé à des puissances de
soufflage modérées, posant moins de problèmes de reprise
des gaz, et en vue d'un soufflage privilégiant la zone
centrale de la bande en défilement.
Pour les profils variables P en dièdre convexe ou
concave des modes de réalisation illustrés aux figures 5 à
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7, l'inclinaison par rapport au plan de la bande 15, de
part et d'autre du plan médian Q, correspond à un angle P3
dont la valeur sera en général choisie entre 50 et 15 .
Ceci correspond alors à un angle au sommet du profil en
dièdre P, noté a, dont la valeur est comprise entre 1500
et 170 .
Du fait de l'orthogonalité de l'axe de chaque buse
tubulaire 30 par rapport au profil en dièdre, les buses
tubulaires 30 ont des axes qui sont tous parallèles à une
même direction de part et d'autre du plan médian Q.
Dans certains cas, si l'on cherche à avoir une
inclinaison variable des buses tubulaires 30 de part et
d'autre du plan médian Q, en direction des bords de la
bande en défilement 15, on pourra prévoir d'autres types
de profils variables P. comme cela a été par exemple
illustré aux figures 10 et 11.
Sur la figure 10, on a illustré un profil en ligne
brisée P' dont on distingue trois zones adjacentes,
correspondant respectivement à des angles (31, (32, (33, par
rapport au plan de la bande, les angles Ri étant de
préférence croissants au fur et à mesure que l'on se
rapproche des bords de la bande si l'on veut privilégier
l'obtention d'un effet divergent pour une reprise latérale
optimale des gaz de soufflage, comme cela était le cas pour
la figure 5 avec un profil en dièdre convexe.
Sur la figure 11, on a illustré un autre profil P''
qui est curviligne, par exemple elliptique, l'orthogonalité
étant préservée localement au pied de chacune des buses
tubulaires 30.
Les figures 8 et 9 permettent de mieux appréhender
l'implantation et la géométrie des buses tubulaires 30
équipant un caisson creux 20 dont la surface active 22
présente un profil variable, en l'espèce une surface active
inclinée faisant partie d'un profil en dièdre convexe.
On constate sur la figure 8 que les buses
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tubulaires 30 sont implantées de façon que les points
d'impact, notés 40, du gaz soufflé sur la bande en
défilement 15 soient en quinconce de part et d'autre de
ladite bande. Une telle disposition est favorable pour la
stabilité de la bande lors du défilement de celle-ci, et
favorise aussi, dans les lignes de refroidissement d'une
bande métallique, l'homogénéité du refroidissement, en
créant des zones de refroidissement adjacentes avec un
recouvrement respectif de part et d'autre de la bande en
défilement.
Sur la figure 9, on peut mieux distinguer la plaque
de fond 25 du caisson 20, avec l'un de ses orifices 26
associé à une buse tubulaire 30 dont l'axe 35 est
orthogonal au plan de cette plaque de fond 25. Chaque buse
tubulaire 30 est fixée au niveau de son pied 33, et
l'orifice 26 présente, au niveau de ce pied 33, une forme
tulipée 34 dont le rayon est choisi pour minimiser la perte
de charge au niveau du franchissement de l'orifice 26. La
buse tubulaire 30 proprement dite comporte en outre une
première partie amont de forme tronconique 31 qui est
fixée, en particulier soudée, à la plaque de fond 25, et
une deuxième partie aval de forme cylindrique 32, dont
l'extrémité libre 37 est agencée pour présenter un alésage
intérieur qui s'évase coniquement jusqu'à l'orifice de
sortie 36. On pourra par exemple opter pour un divergent de
l'ordre de 15 . Cette double conicité du passage de gaz
confère un effet de tuyère qui est favorable pour
l'écoulement de celui-ci et permet aussi de minimiser les
pertes de charge.
On pourra encore prévoir une autre variante (non
représentée ici) oû la partie amont tronconique 31 sera
remplacée par une partie de forme tulipée (ou en trompette)
se raccordant tangentiellement à la partie aval cylindrique
32, ceci pour diminuer encore plus les pertes de charge.
Enfin, plus généralement, on a illustré ici des
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implantations de buses tubulaires telles que l'axe desdites
buses est également orthogonal à la paroi porteuse dans un
plan vertical longitudinal dans la direction de la bande
(comme cela est mieux visible sur la figure 3). On pourra
cependant, dans une autre variante (non illustrée ici)
prévoir que les axes de certaines buses tubulaires, tout en
étant essentiellement orthogonaux au profil variable
(c'est-à-dire dans une direction transversale à la
direction de défilement de la bande), présentent une
inclinaison vers l'amont ou vers l'aval, par référence à la
direction de défilement de la bande. Ceci complique quelque
peu la mise en place des buses tubulaires concernées, mais
permet d'améliorer encore la stabilité de la bande.
Comme cela est illustré sur les figures 12 et 13,
on pourra prévoir que la direction D dans laquelle le
profil P est variable est non pas transversal à la
direction de défilement du matériau en bande 100 comme
c'était le cas dans les variantes précédemment décrites,
mais parallèle à ladite direction de défilement. Dans ce
cas, c'est surtout l'effet aéraulique qui est intéressant,
car le dispositif constitue un excellent stabilisateur
longitudinal pour la bande en défilement. Un tel agencement
permet en effet de mieux maîtriser les fréquences des
vibrations de la bande. Ceci sera tout particulièrement
intéressant pour une application aux systèmes d'essorage du
zinc sur les bandes d'acier.
On pourra dans ce cas prévoir le même effet que
celui illustré aux figures 8, 10, 11 pour les points
d'impact 40 du gaz soufflé sur la bande, l'agencement en
quinconce étant alors suivant la longueur de ladite bande.
Comme cela est illustré sur les figures 14 et 15,
on pourra aussi utiliser des caissons creux ayant à la fois
un profil P variable dans une direction transversale Dl et
un profil P variable dans une direction longitudinale D2,
par exemple avec des faces en pointe de diamant (pointe
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24') comme illustré ici, ou à plateforme centrale, ce qui
permet alors de conjuguer les effets techniques précités
dans les deux directions de la bande.
On est ainsi parvenu à réaliser un dispositif de
soufflage de gaz très performant tout en restant de
fabrication simple pour un coût raisonnable. L'agencement
selon l'invention permet aussi de réduire au minimum la
distance entre la bande et les orifices des buses
tubulaires, cette distance pouvant par exemple être de
l'ordre de 50 mm, voire parfois encore moins pour certains
dimensionnements. Enfin, cet agencement s'avère très
favorable au regard d'un effet antivibratoire et auto-
stabilisant pour la bande en défilement, et ce même pour
des vitesses de défilement très élevées.
. Par ailleurs, il est naturellement possible
d'équiper des installations existantes en remplaçant les
caissons creux à surface active plane par des caissons
creux à surface active à profil variable conforme à
l'invention, ce qui permet d'obtenir les performances de
l'invention.
Comme cela a été dit plus haut, bien que le domaine
d'utilisation préféré soit celui des lignes de
refroidissement ou de revêtement d'une bande métallique, le
dispositif de l'invention pourra être utilisé avec des
bandes de papier, qui sont plus fragiles que les bandes
métalliques, pour des traitements de séchage, de
refroidissement, ou de revêtement.
L'invention n'est pas limitée aux modes de
réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au
contraire toute variante reprenant, avec des moyens
équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées
plus haut.
