Dispositif d'échange de chaleur avec un produit plat

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif d'échange de chaleur avec un produit plat.

[0002] Elle s'applique de manière plus particulière à tout produit plat, en bande ou en feuilles, voire formé d'une nappe de fils parallèles.

[0003] Elle concerne de manière plus particulière le domaine du traitement thermique de produits laminés, tels qu'un métal laminé, qui défilent sur des rouleaux et traversent successivement des chambres de traitement. On utilise de telles lignes de recuit ou de galvanisation en continu par exemple dans la fabrication de tôles d'acier pour carrosserie de voiture. L'acier peut être porté à des températures pouvant atteindre 600-900°C. Un refroidissement rapide et uniforme de ces produits est alors nécessaire afin de ramener la température du produit à une température inférieure à 500°C selon la qualité désirée.

[0004] On connaît un dispositif d'échange de chaleur tel que décrit dans le brevet français FR 2 738 577 au nom de la Demanderesse, qui permet de refroidir en continu un produit laminé défilant devant une série de lames qui forment des conduits d'éjection d'un gaz de refroidissement.

[0005] Ce dispositif comprend des moyens de mise sous pression gazeuse d'au moins un caisson (plenum chamber en anglais), le caisson comprenant sur une face avant plusieurs lames formant conduit pour l'éjection du gaz en direction d'une surface du produit laminé, les lames étant superposées les unes aux autres suivant la direction de défilement du produit laminé et constituant un orifice de sortie du gaz s'étendant dans la largeur du produit laminé.

[0006] Chaque espace séparant deux lames superposées a une profondeur dans une direction perpendiculaire à la surface du produit laminé et une largeur dans la direction longitudinale du produit laminé suffisantes pour permettre l'évacuation des gaz sans perturber la sortie de gaz des lames adjacentes.

[0007] Ainsi, l'espace prévu entre les lames facilite l'évacuation du gaz au niveau de la surface du produit laminé et ne gène pas l'émission de gaz en sortie de l'orifice des lames.

[0008] En effet, si aucune précaution n'est prise pour évacuer les gaz chauds après leur impact sur le produit, au fur et à mesure que l'on augmente le débit de gaz, le coefficient de transfert de chaleur, donc la vitesse de refroidissement, cesse de croître et on assiste à un effet de "saturation". Ce phénomène est décrit par exemple dans l'article de C. Brugnera et AL., Revue de Métallurgie, December 1992, page 1098, fig. 8, où l'on voit qu'au delà de 500 mm de colonne d'eau (CE) de pression à l'orifice, la vitesse de refroidissement n'augmente plus, même en augmentant la pression à 800 mm CE.

[0009] Dans le cas du brevet français FR2738577, pour éviter totalement la formation d'un matelas de gaz chaud à la surface du produit laminé, l'espace entre les lames doit être dimensionné de telle façon que la vitesse de retour des gaz soit inférieure à 20 m/s, ce qui oblige, si le gaz est repris latéralement par un seul côté, que le rapport de la somme des demi-débits de deux lames superposées (c'est-à-dire le débit d'une lame) à la section de passage entre deux lames soit inférieure à 20. Si le produit à traiter est large et la lame d'une seule pièce dans le sens de la largeur du produit, et qu'en plus le coefficient de transfert requis est élevé, des profondeurs de lames excessives et difficiles à installer doivent être prévues.

[0010] La présente invention vise à améliorer un tel dispositif d'échange de chaleur, et notamment à faciliter l'évacuation du gaz hors du dispositif après son impact sur un produit plat.

[0011] L'invention vise ainsi un dispositif d'échange de chaleur avec un produit plat tel que défini dans la revendication 1.

[0012] Grâce à la largeur réduite du caisson de mise sous pression gazeuse, l'évacuation des gaz après impact sur la surface de produit plat, peut être réalisée de part et d'autre du caisson, à l'opposé des lames formant conduit de gaz sur la face avant du caisson.

[0013] Le flux du gaz sortant est par conséquent dirigé vers l'arrière du produit plat, sans gêner l'émission du gaz par les orifices des lames. Tout risque de stagnation du gaz à la surface du produit traité est ainsi soigneusement évité, de même que tout courant de gaz parallèle à la surface à traîter tant dans le sens de la largeur que dans celui du défilement du produit.

[0014] De préférence, chaque lame s'évase en direction du produit plat de telle sorte que le gaz, après impact sur le produit plat, peut retourner vers l'arrière du dispositif, de chaque côté du caisson.

[0015] Selon une caractéristique préférée de l'invention, le dispositif d'échange de chaleur comporte des ouvertures de sortie du gaz après éjection, situées dans un plan défini par une face arrière opposée à ladite face avant du caisson.

[0016] L'évacuation par l'arrière du caisson permet d'éviter tout mouvement de gaz le long de la surface du produit plat comme cela se produit dans les dispositifs classiques dans lesquels les caissons sont continus ou disposés côte à côte et empêchent le retour vers l'arrière des gaz de refroidissement. Contrairement aux dispositifs antérieurs dans lesquels l'évacuation des gaz est réalisée sur les cotés du dispositif, le gaz peut être évacué du dispositif d'échange de chaleur conforme à l'invention sans générer de refroidissement préférentiel des rives du produit plat.

[0017] Selon une caractéristique préférée de l'évacuation, le dispositif d'échange de chaleur comporte au moins deux caissons disposés dans la largeur du produit plat, l'espacement entre lesdits caissons étant tel que l'évacuation du gaz entre lesdits caissons est réalisée à une vitesse inférieure ou égale à 20 m/s.

[0018] On assure ainsi une évacuation régulière du gaz vers l'arrière du dispositif, sans risque de formation de turbulences qui pourraient nuire à l'homogénéité des échanges de chaleur.

[0019] Selon une caractéristique avantageuse et pratique de l'invention, le rapport de la moitié du débit de gaz en m³/s en sortie de deux lames adjacentes suivant la largeur du produit sur la section en m² de l'espace séparant lesdits caissons comprenant lesdites lames est inférieur à 20, ladite section s'étendant dans un plan parallèle au produit plat et à la direction de défilement du produit plat.

[0020] Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, le rapport de la vitesse du gaz dans un caisson sur la vitesse du gaz en sortie des lames solidaires dudit caisson est inférieur à 0,2.

[0021] Grâce à cette différence importante des vitesses du gaz dans le caisson et à la sortie des lames, le caisson forme un réservoir de gaz sous pression quasiment sans circulation, assurant une vitesse uniforme pour l'éjection des gaz.

[0022] Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, les moyens de mise sous pression gazeuse comportent plusieurs ventilateurs adaptés à alimenter en gaz un ou plusieurs caissons.

[0023] La pression de chaque caisson peut ainsi être régulée indépendamment ou par sous-groupe de caissons, permettant d'ajuster, dans la largeur du produit plat, le taux de refroidissement en fonction du profil thermique désiré.

[0024] D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après.

[0025] Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs :

• la figure 1 est une vue schématique d'une installation de refroidissement comprenant des dispositifs de refroidissement conformes à l'invention ;
• la figure 2 est une vue schématique de coté de deux lames superposées d'un dispositif d'échange de chaleur conforme à l'invention ;
• les figures 3A et 3B sont des coupes schématiques d'exemples de lames, selon la ligne III-III à la figure 2 ;
• la figure 4 est une vue de derrière d'un dispositif d'échange de chaleur conforme à un mode de réalisation de l'invention;
• la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 d'un dispositif échange de chaleur placé dans une enceinte étanche aux gaz ;
• la figure 6 est une vue en coupe suivant la ligne VI-VI à la figure 5 ; et
• la figure 7 est une vue en coupe suivant la ligne VII-VII à la figure 5.

[0026] On va décrire ci-après à titre d'exemple un dispositif de refroidissement d'un produit plat qui est formé d'un dispositif d'échange de chaleur conforme à l'invention.

[0027] Bien entendu, l'invention pourra s'appliquer également à un dispositif de chauffage d'un produit plat.

[0028] En référence tout d'abord à la figure 1, une installation de refroidissement en continu d'un produit plat tel qu'un produit laminé 1 peut comporter plusieurs dispositifs de refroidissement 10, ici au nombre de quatre, répartis sur le parcours du produit laminé défilant entre des rouleaux de transport 2. De manière non limitative, le produit laminé défile verticalement entre les dispositifs de refroidissement 10 disposés généralement deux à deux, de chaque coté du produit laminé afin de refroidir simultanément le produit par ses deux faces.

[0029] Les rouleaux de transport 2 permettent de stabiliser le produit laminé 1. Ils peuvent provoquer une légère déflexion au produit laminé 1, inférieure ou égale à 15° afin de limiter la vibration du produit laminé 1.

[0030] Une telle installation de refroidissement peut être utilisée par exemple dans une ligne de recuit en continu pour le traitement de bandes d'acier, dans laquelle le produit laminé défile par passes verticales dans différentes chambres de traitement.

[0031] Ces bandes d'acier ont une épaisseur comprise entre 0,15 et 2,3 mm et leur largeur peut atteindre jusqu'à 2 m.

[0032] Il est important lors du traitement thermique de l'acier de refroidir très rapidement les bandes, de manière homogène afin d'éviter toute déformation de la bande.

[0033] Pour cela, le dispositif de refroidissement 10 comporte des caissons 11 qui sont adaptés à contenir un gaz sous pression.

[0034] Chaque caisson 11 comporte plusieurs lames 12 qui forment des conduits pour l'éjection du gaz en direction du produit laminé 1 à refroidir.

[0035] Ces lames 12 sont superposées les unes aux autres comme illustré à la figure 1, dans la direction de défilement du produit laminé 1, de manière à refroidir la surface du produit lors de son parcours dans le dispositif d'échange de chaleur 10.

[0036] La hauteur de l'empilement des lames 12 sur la hauteur d'un caisson 11 est de préférence inférieure ou égale à 6 m.

[0037] Ces lames 12 comportent au moins un orifice de sortie 13 comme représenté à la figure 2, qui s'étend dans la largeur du produit laminé 1. Cet orifice de sortie 13 débouche ainsi à l'extrémité du conduit formé par la lame 12 qui s'étend à partir du caisson 11 en direction du produit laminé 1.

[0038] De préférence, la section transversale des lames 12, dans un plan perpendiculaire au produit laminé 1, décroît à partir du caisson 11.

[0039] Les orifices de sortie 13 peuvent être des trous circulaires, rectangulaires, oblongs, etc., ou des petites fentes réalisées à l'extrémité de chaque lame 12. La lame 12 pourrait également n'avoir qu'un seul orifice de sortie 13 formant une fente en regard du produit laminé 1.

[0040] Chaque espace séparant deux lames superposées 12 (hachuré sur la figure 2) a une profondeur dans une direction perpendiculaire au produit laminé 1 et une largeur suivant la direction longitudinale du produit laminé 1 suffisantes pour éviter l'accumulation du gaz de refroidissement à proximité de la surface du produit laminé 1.

[0041] Ainsi, la profondeur des espaces de séparation des lames 12 est supérieure à 200 mm, et de préférence supérieure à 300 mm.

[0042] L'agencement de ces lames 12 et de leurs orifices 13 est décrit notamment dans le brevet français FR 2738577.

[0043] De manière générale, le nombre de lames 12 du dispositif 10 et le nombre d'ouvertures 13 sont tels que la section totale formée par les ouvertures 13 soit comprise entre 1% et 5% de la surface couverte par l'ensemble des lames 12, et de préférence comprise entre 2 et 4% de cette surface.

[0044] En outre, les lames 12 d'un caisson 11 sont dimensionnées de telle sorte que l'évacuation du gaz dans la section S entre ces lames 12 est réalisée à une vitesse inférieure ou égale à 20 m/s en tout point.

[0045] La section correspond à la section de l'espace prise dans le plan de la figure 2, perpendiculaire au produit laminé 1 et parallèle à la direction de défilement du produit laminé 1.

[0046] La vitesse du gaz après son impact sur le produit est ainsi maintenue, dans les espaces entre les lames 12, sous une valeur critique de 20 m/s afin de limiter les phénomènes de turbulences dans ces espaces qui perturberaient l'évacuation du gaz.

[0047] Plus précisément, la section de passage entre deux lames superposées 12 est égale au produit de la profondeur P de cet espace entre deux lames 12 par la hauteur libre moyenne W entre deux lames 12 :

   où a est égale à la distance séparant les lames 12 au niveau de la face avant du caisson 11, et
   b est égale à la distance séparant les lames 12 au niveau des orifices de sortie 13.

[0048] La profondeur P peut être constante dans la largeur de la lame 12, ou variable, comme illustré aux figures 3A et 3B, si l'on veut conférer au courant gazeux de retour une vitesse davantage dirigée vers l'arrière du dispositif.

[0049] Une cloison 12a s'étend ainsi entre les lames superposées 12, à partir du caisson 11, de telle sorte que la profondeur P au centre de la lame 12 est plus faible qu'à ses extrémités.

[0050] De manière générale, la profondeur est une fonction continue P(x) qui varie suivant la distance x à partir de l'axe de symétrie de la lame 12 (dans le cas de la figure 3A où un retour symétrique du gaz est réalisé par les deux côtés) ou à partir d'une extrémité de la lame 12 (dans le cas de la figure 3B où le retour du gaz n'est réalisé que d'un seul côté de la lame).

[0051] Dans le cas de la figure 3A, le débit entre deux lames 12 à une distance x de l'axe de symétrie est égal à q.x/l où q est le débit par lame (m3/s) et I la largeur de l'extrémité de la lame 12 parallèlement à la largeur du produit avec x≤I/2. La section de passage pour le gaz de retour à la même distance x est égale à w.P(x). La limitation de la vitesse de retour à 20 m/s implique donc que, pour toute valeur de x comprise entre 0 et I/2, on ait :

   x,I et w étant exprimés en mètres.

[0052] De même, dans le cas de la fig. 3B, la condition est aussi :

   x variant cette fois entre 0 et I.

[0053] De la sorte, le gaz s'échappant entre les lames peut être évacué aux deux extrémités de celles-ci dans le cas de la figure 3A, ce qui fait que la vitesse limite d'extraction n'est atteinte que lorsque le débit q/2 d'une demi-largeur de lame divisé par la section S de passage entre deux lames est égal à 20, soit q/S = 40.

[0054] Par rapport au brevet français FR 2738577, le fait d'extraire le gaz par les deux côtés de la lame permet donc de réduire la section à S = q/40 au lieu de S = q/20.

[0055] Comme illustré à la figure 4, et conformément à l'invention, le dispositif de refroidissement comporte au moins un caisson 11, ici au nombre de cinq. Ces caissons 11 sont répartis dans la largeur du produit laminé 1 et s'étendent dans la direction longitudinale du produit laminé défilant, parallèlement les uns aux autres.

[0056] La largeur de chaque caisson 11 et la distance séparant les caissons 11 permettent l'évacuation du gaz entre les caissons 11 sans perturber la sortie de gaz des lames 12.

[0057] Cette distance, notée D_1-2 ou D_2-3 à la figure 4, peut avoir une valeur différente d'une paire de caissons 11 à une autre paire.

[0058] Dans cet exemple, les caissons 11 ont une section sensiblement parallélépipédique, la distance entre les caissons 11 correspondant à la distance séparant leurs flancs placés en vis-à-vis.

[0059] Des ouvertures de sortie 14 du gaz après éjection sont ainsi situées entre les caissons 11, dans un plan défini par les faces arrière opposées aux faces avant des caissons 11.

[0060] Le gaz peut ainsi être récupéré sur une face arrière du dispositif d'échange de chaleur 10, à l'opposé du produit laminé 1, ce qui permet d'éviter la circulation du gaz le long de la surface du produit laminé 1 et un refroidissement plus important des rives du produit laminé 1 que en son centre.

[0061] De préférence, le rapport de la moitié du débit de gaz en m³/s en sortie de deux lames adjacentes 12 suivant la largeur du produit sur la section en m² de l'espace séparant les caissons 11 comprenant ces lames 12 est inférieur à 20.

[0062] Cette section, prise dans le plan de la figure 3, s'étend dans un plan parallèle au produit laminé 1 et à la direction de défilement du produit laminé 1.

[0063] Elle correspond, dans le plan des faces avant des caissons 11, au produit de la distance L (pas, ou entraxe) séparant deux lames superposées 12 par la distance D_1-2 ou D_2-3 séparant deux caissons voisins 11.

[0064] Ainsi, sur l'exemple de la figure 6, (q₁/2 + q₂/2) / L.D_1-2 ≤ 20 et (q₂/2 + q₃/2) / L.D_2-3 ≤ 20.

[0065] Lorsque le dispositif comporte comme ici plusieurs caissons 11 disposés parallèlement dans la largeur du produit laminé 1, la section de l'espace séparant les caissons 11 est égale à la somme des sections des espaces séparant les caissons 11 deux à deux.

[0066] lci, à titre d'exemple non limitatif, cette section serait égale à la somme des sections, prises de gauche à droite sur la figure 4, L x (D_3-4 + D_2-3 + D_1-2 + D_1-2 + D_2-3 + D_3-4).

[0067] A titre d'exemple, la distance L est inférieure ou égale à 300 mm, et de préférence inférieure ou égale à 150 mm.

[0068] Dans le cas où les lames sont symétriques dans leur plan (fig. 3A), la relation du type (q₁/2 + q₂/2) / D_1-2.L ≤ 20 ou (q₁ + q₂) / D_1-2.L ≤ 40 est respectée, ce qui permet de fixer les espaces entre les caissons : D_ij ≥ (q_i + q_j) / 40 L où q_i et q_j représentent respectivement les débits (m³/s) d'une lame du caisson i et du caisson j adjacents, et D_ij la largeur (m) de l'espace libre entre les caissons i et j.

[0069] Les lames 12 de chaque caisson 11 sont en outre réparties régulièrement sur une face avant du caisson 11 suivant la direction de défilement du produit laminé, chaque lame 12 d'un premier caisson 11 étant adjacente à une lame 12 d'un deuxième caisson 11 dans le plan défini par les orifices 13 de sortie du gaz (voir en particulier la figure 6).

[0070] Ainsi, bien que les caissons 11 soient espacés les uns des autres pour faciliter l'évacuation des gaz de refroidissement, les lames 12 ont un profil sensiblement divergent dans le plan transversal du produit laminé de manière à constituer à leurs extrémités, toutes adjacentes dans ce plan transversal, un orifice 13 de sortie de gaz uniforme sur toute la largeur du produit laminé 1. Cet orifice 13 peut être formé d'une fente unique ou d'une série de petits orifices répartis régulièrement sur toute la largeur du dispositif.

[0071] La largeur de l'orifice de sortie 13 du gaz, dans la largeur du produit laminé, est ainsi supérieure à la largeur du caisson 11.

[0072] Par ailleurs, il est préférable que le rapport de la vitesse du gaz dans un caisson 11 sur la vitesse du gaz en sortie des lames 12 solidaires du caisson 11 reste inférieur à 0,2.

[0073] Ainsi, la vitesse du gaz dans chaque caisson 11 peut être de l'ordre de 10 m/s alors que la vitesse en sortie des lames 12 peut atteindre et dépasser 150 m/s.

[0074] Les caissons 11 forment ainsi des réservoirs de gaz sous-pression pratiquement sans circulation, ce qui permet d'obtenir un écoulement régulier du gaz en sortie des lames 12.

[0075] Chaque caisson 11 comporte une ouverture d'alimentation 15 en gaz sous pression qui peut être reliée à des moyens de mise sous pression gazeuse tels qu'un ventilateur 16 (voir figure 1) ou un compresseur.

[0076] Le ventilateur 16 est destiné à introduire un débit important de gaz de refroidissement sous pression dans chaque caisson 11.

[0077] Ces ouvertures d'alimentation 15 sont disposés dans cet exemple en quinconce dans les faces arrière des caissons 11.

[0078] Les moyens de mise sous pression gazeuse comportent dans cet exemple plusieurs ventilateurs 16 (voit figure 1) adaptés à alimenter en gaz un ou plusieurs caissons 11.

[0079] De préférence, lorsque le dispositif de refroidissement comporte comme ici un nombre impair de caissons 11, les moyens de mise sous pression gazeuse comportent un ventilateur 16 adapté à alimenter le caisson central 11 et au moins un autre ventilateur 16 adapté à alimenter des caissons 11 disposés symétriquement de part et d'autre du caisson central 11.

[0080] Ici, le dispositif de refroidissement peut comporter trois ventilateurs, un premier ventilateur étant relié au caisson central, un deuxième ventilateur étant relié aux caissons intermédiaires et un troisième ventilateur étant relié aux caissons des rives.

[0081] De préférence, ces ventilateurs sont entraînés par des moteurs à vitesse variable.

[0082] On peut ainsi réguler indépendamment la pression dans les caissons de manière à assurer l'homogénéité transversale du refroidissement. On peut en outre régler l'intensité de refroidissement sur la largeur du produit laminé 1 en fonction du profil thermique désiré.

[0083] De même, si la largeur du produit à traiter est par exemple inférieure ou égale à la largeur totale du caisson central et des deux caissons intermédiaires, le ventilateur alimentant les caissons des rives peut être arrêté ou tourner au ralenti pour économiser de l'énergie.

[0084] Comme illustré en outre à la figure 6, le dispositif de refroidissement 10 est incorporé dans une enceinte 17 étanche aux gaz, un orifice d'évacuation des gaz 18 étant prévu dans une paroi arrière 17a de l'enceinte 17, opposée à la face avant des caissons 11.

[0085] L'orifice d'évacuation 18 des gaz est de préférence situé au centre de la paroi arrière 17a de l'enceinte 17, à mi-hauteur du dispositif de refroidissement 10 et a sensiblement la même largeur que celui-ci (fig. 5).

[0086] Cette enceinte étanche 17 peut être utilisée dans les cas où, pour éviter d'oxyder le produit laminé 1 pendant son refroidissement, il est nécessaire d'effectuer le refroidissement sous une atmosphère de protection. On utilise par exemple comme gaz de refroidissement, à la place de l'air, un mélange d'azote et d'hydrogène, à faible teneur en hydrogène afin d'utiliser un gaz réducteur mais non explosif. La proportion d'hydrogène est de préférence inférieure ou égale à 5%. Ce gaz pourrait également être de l'azote pur.

[0087] Le gaz peut éventuellement être récupéré à la sortie de l'orifice d'évacuation 18 pour être recyclé en continu dans les moyens de mise sous pression gazeuse. Classiquement, le recyclage comprend une étape de récupération du gaz, une étape de refroidissement de celui-ci et une étape de réinjection par les ouvertures d'alimentation 15 dans les caissons 11.

[0088] Comme représenté sur les figures 5, 6 et 7, le dispositif de refroidissement 10 comporte de préférence des moyens de réglage 19 adaptés à déplacer le dispositif 10 dans une direction perpendiculaire au produit laminé 1.

[0089] Ainsi, le dispositif dans son ensemble peut être rapproché, dans une position de travail illustrée à la figure 7, ou éloigné du produit laminé 1 comme illustré à la figure 6.

[0090] Cette position éloignée permet notamment d'écarter le dispositif de refroidissement du produit défilant 1 en cas d'incident, par exemple lorsque le produit laminé est déformé et forme des surépaisseurs qui pourraient endommager les lames 12 du dispositif de refroidissement 10.

[0091] On peut ainsi modifier la distance séparant les orifices de sortie 13 des lames 12 de la surface du produit laminé afin de régler les conditions de refroidissement.

[0092] Les moyens de réglage 19 peuvent comporter des axes 20 solidaires du bâti 21 du dispositif sur lequel sont montés les caissons.

[0093] Ici, à titre d'exemple, le dispositif de refroidissement 10 comporte quatre axes 20, disposés par paires en haut et en bas du dispositif 10, de chaque coté de ce dispositif.

[0094] Des moyens d'actionnement (non représentés) permettent classiquement de déplacer en va-et-vient ces axes, dans une direction perpendiculaire à ces axes, entre les deux positions définies précédemment. Ces moyens d'actionnement peuvent être à titre d'exemple des moteurs de préférence pas à pas, munis de codeurs permettant de connaître avec précision la distance orifices - produit laminé et actionnant des vérins à vis.

[0095] Lorsque le dispositif de refroidissement 10 est incorporé dans une enceinte étanche 17 comme illustré sur les figures 5 à 7, des soufflets souples étanches 22, 23 sont en outre prévus autour des axes 20 émergeant de l'enceinte 17 pour être raccordés aux moyens d'actionnement et autour des ouvertures d'alimentation 15 des caissons 11 qui sont reliées aux moyens de mise sous pression gazeuse 16.

[0096] En fonctionnement, une bande d'acier 1 défile entre les dispositifs de refroidissement 10 disposé par paire de chaque coté de la bande d'acier.

[0097] Grâce à la vitesse élevée de sortie des gaz des lames, proche de 150 m/s, rendue possible par la récupération vers l'arrière du dispositif, entre les caissons 11, du gaz après impact sur la bande, on peut refroidir efficacement une bande d'acier.

[0098] A titre d'exemple, on a refroidi une tôle d'acier de 1300 mm de large de 650 à 400°C, avec un gaz formé d'un mélange de 95 % d'azote et 5 % d'hydrogène, à 45°C.

[0099] Le dispositif dans cet essai comporte des lames 12 percées de trous de diamètre égal à 9,2 mm formant des orifices de sortie 13 espacés de 50 mm dans-la largeur de la lame 12.

[0100] Le pas des lames 12 ou distance L est égal à 50 mm et la distance orifices - bande à refroidir est réglée à 50 mm.

[0101] Un caisson central a des lames d'une largeur égale à 750 mm au niveau des orifices, chaque lame comportant 15 trous.

[0102] Les caissons latéraux ont des lames d'une largeur égale à 300 mm et comportant 6 trous.

[0103] La profondeur P des lames est uniforme et égale à 0,35 m, la section S de passage entre les lames étant égale à 7,3510^-3 m².

[0104] La largeur de passage entre le caisson central et les caissons latéraux D_1-2 est égale à 150 mm.

[0105] Le débit de gaz par m² de surface d'échange sur la tôle à refroidir atteint 250 m³/m².min. x face.

[0106] On obtient ainsi une vitesse d'échappement du gaz entre les lames égale à 10,63 m/s, et entre les caissons, central et latéraux, égale à 14,6 m/s.

[0107] On atteint ainsi un coefficient de transfert moyen égal à 623 Kcal/m².h.°C avec une vitesse de refroidissement moyenne entre 650 et 400 °C de 120°C/s pour 1 mm d'épaisseur.

[0108] On constate donc que le dispositif conforme à l'invention permet d'atteindre des débits par unité de surface nettement plus élevés que dans les dispositifs classiques, sans observer de saturation et avec des rendements plus élevés.

[0109] Il convient de remarquer que, dans ce qui précède, les débits de gaz de retour sont considérés comme égaux aux débits de gaz injectés, alors que, le gaz, se réchauffant au contact du produit à refroidir, se dilate.

[0110] Cependant, les débits sont grands et les échauffements faibles de sorte que l'on peut négliger l'augmentation de vitesse due à l'échauffement.

[0111] Le calcul des vitesses peut donc se faire en divisant les débits en m³/s au retour, qui sont égaux aux débits injectés en m³/s, par la section en m².

[0112] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dessus, et de nombreuses modifications peuvent être apportées à celui-ci sans sortir du cadre de l'invention.

[0113] Ainsi, le nombre de caissons, égal à cinq, peut être différent tout en restant de préférence impair.

[0114] En outre, le dispositif d'échange de chaleur pourrait être un dispositif de chauffage au lieu d'un dispositif de refroidissement.

Revendications

1. Dispositif d'échange de chaleur avec un produit plat (1), défilant devant ledit dispositif (10), comprenant des moyens de mise sous pression gazeuse (16) d'au moins un caisson (11), ledit caisson (11) comprenant sur une face avant plusieurs lames (12) formant conduit pour l'éjection du gaz en direction d'une surface du produit plat (1), les lames (12) étant superposées les unes aux autres suivant la direction de défilement du produit plat (1) et constituant un orifice de sortie (13) du gaz s'étendant dans le sens de la largeur du produit plat (1), caractérisé en ce que la largeur dudit caisson (11) dans le sens de la largeur du produit plat (1) est inférieure à la largeur de l'orifice de sortie (13) du gaz s'étendant dans la largeur du produit plat (1), la largeur réduite du caisson (11) permettant l'évacuation du gaz vers l'arrière de part et d'autre dudit caisson (11).

2. Dispositif d'échange de chaleur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que chaque lame (12) s'évase du caisson (11) jusqu'à l'orifice de sortie (13) du gaz.

3. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des ouvertures de sortie (14) du gaz après éjection, situées dans un plan défini par une face arrière opposée à ladite face avant du caisson (11).

4. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux caissons (11) disposés dans la largeur du produit plat (1), l'espacement entre lesdits caissons (11) étant tel que l'évacuation du gaz entre lesdits caissons (11) est réalisée à une vitesse inférieure ou égale à 20m/s.

5. Dispositif d'échange de chaleur conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que le rapport de la moitié du débit de gaz en m³/s en sortie de deux lames adjacentes (12) suivant la largeur du produit sur la section en m² de l'espace séparant lesdits caissons (11) comprenant lesdites lames (12) est inférieur à 20, ladite section s'étendant dans un plan parallèle au produit plat (1) et à la direction de défilement du produit plat (1).

6. Dispositif d'échange de chaleur conforme à la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs caissons (11) disposés parallèlement dans la largeur du produit laminé (1), ladite section de l'espace séparant les caissons (11) étant égale à la somme des sections des espaces séparant lesdits caissons (11) deux à deux.

7. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les lames (12) desdits caissons (11) sont réparties régulièrement sur une face avant du caisson (11) suivant la direction de défilement du produit plat, chaque lame (12) d'un premier caisson (11) étant adjacente à une lame (12) d'un deuxième caisson (11) dans le plan défini par les orifices de sortie (13) du gaz.

8. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les lames (12) d'un caisson (11) sont dimensionnées de telle sorte que l'évacuation du gaz dans la section (S) entre lesdites lames (12) est réalisée à une vitesse inférieure ou égale à 20m/s en tout point.

9. Dispositif d'échange de chaleur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce que P(x) ≥ q.x/20.l.w, où P(x) est la profondeur de la lame à une distance x d'un axe de symétrie ou d'une extrémité de lame, w est la hauteur libre moyenne entre deux lames, q est le débit par lame et I la largeur de l'extrémité de la lame, et avec x ≤ l/2 dans le cas où le retour du gaz est réalisé par les deux côtés, et x ≤ l dans le cas où le retour du gaz est réalisé par un seul côté.

10. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le rapport de la vitesse du gaz dans un caisson (11) sur la vitesse du gaz en sortie des lames (12) solidaires dudit caisson (11) est inférieur à 0,2.

11. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de mise sous pression gazeuse comportent plusieurs ventilateurs (16) adaptés à alimenter en gaz un ou plusieurs caissons (11).

12. Dispositif d'échange de chaleur conforme à la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre impair de caissons (11), les moyens de mise sous pression gazeuse comportant un ventilateur (16) adapté à alimenter un caisson central (11) et au moins un autre ventilateur (16) adapté à alimenter des caissons (11) disposés symétriquement de part et d'autre dudit caisson central (11).

13. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est incorporé dans une enceinte (17) étanche aux gaz, un orifice d'évacuation (18) des gaz étant prévu dans une paroi arrière (17a) de ladite enceinte (17), opposée à la face avant desdits caissons (11).

14. Dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de réglage (19) adaptés à déplacer ledit dispositif (10) dans une direction perpendiculaire au produit plat (1).

15. Dispositif de refroidissement d'un produit plat, tel qu'un produit laminé en acier, caractérisé en ce qu'il est formé d'un dispositif d'échange de chaleur conforme à l'une des revendications 1 à 14.

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Austauschen von Wärme mit einem flachen Produkt (1), das sich vor der Vorrichtung (10) vorbeibewegt, mit Mitteln (16), die wenigstens einen Kasten (11) mit einem Gasdruck beaufschlagen, wobei der Kasten (11) an seiner vorderen Fläche mehrere Plättchen (12) aufweist, die eine Leitung zum Ausstoßen des Gases in Richtung zu einer Oberfläche des flachen Produkts (1) bilden, wobei die Plättchen (12) in der Vorbeibewegungsrichtung des flachen Produkts (1) einander überlagert sind und eine Ausgangsmündung (13) für das Gas bilden, die sich in Richtung der Breite des flachen Produkts (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite des Kastens (11) in Richtung der Breite des flachen Produkts (1) kleiner als die Breite der Ausgangsöffnung (13) des Gases ist, die sich längs der Breite des flachen Produkts (1) erstreckt, wobei die verringerte Breite des Kastens (11) die Abführung des Gases nach hinten auf beiden Seiten des Kastens (11) ermöglicht.

2. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Weite jedes Plättchens (12) vom Kasten (11) bis zur Gasaustrittsöffnung (13) zunimmt.

3. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie Austrittsöffnungen (14) für das ausgestoßene Gas umfasst, die sich in einer Ebene befinden, die durch eine hintere Fläche gegenüber der vorderen Fläche des Kastens (11) definiert ist.

4. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens zwei Kästen (11) umfasst, die in Breitenrichtung des flachen Produkts (1) angeordnet sind, wobei der Zwischenraum zwischen den Kästen (11) derart ist, dass die Abführung des Gases zwischen den Kästen (11) mit einer Geschwindigkeit, die kleiner oder gleich 20 m/s ist, erfolgt.

5. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der halben Gasdurchflussmenge in m³/s am Ausgang zweiter benachbarter Plättchen (12) in Richtung der Breite des Produkts zu dem Querschnitt in m² des Raums, der die Kästen (11) trennt und die Plättchen (12) enthält, kleiner als 20 ist, wobei sich der Querschnitt in einer Ebene parallel zu dem flachen Produkt (1) und zur Vorbeibewegungsrichtung des flachen Produkts (1) erstreckt.

6. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Kästen (11) umfasst, die parallel zur Breite des laminierten Produkts (1) angeordnet sind, wobei der Querschnitt des Raums, der die Kästen (11) trennt, gleich der Summe der Querschnitte der Räume ist, die jeweils zwei der Kästen (11) trennen.

7. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchen (12) der Kästen (11) auf einer vorderen Fläche des Kastens (11) in Richtung der Vorbeibewegung des flachen Produkts regelmäßig verteilt sind, wobei jedes Plättchen (12) eines ersten Kastens (11) einem Plättchen (12) eines zweiten Kastens (11) in der durch die Gasaustrittsmündungen (13) definierten Ebene benachbart sind.

8. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Plättchen (12) eines Kastens (11) so bemessen sind, dass die Abführung von Gas in dem Querschnitt (S) zwischen dem Plättchen (12) mit einer Geschwindigkeit, die an jedem Punkt kleiner oder gleich 20 m/s ist, erfolgt.

9. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass P(x) ≥ q ^· x/20 ^· I ^· w gilt, wobei P(x) die Tiefe des Plättchens in einem Abstand x von der Symmetrieachse oder von einem Ende des Plättchens ist, w die mittlere freie Höhe zwischen zwei Plättchen ist, q der Durchsatz pro Plättchen ist und I die Breite des Endes des Plättchens ist, wobei x ≤ l/2 in dem Fall gilt, in dem die Rückkehr des Gases über die zwei Seiten erfolgt, und x ≤ I in dem Fall gilt, in dem die Rückkehr des Gases über eine einzige Seite erfolgt.

10. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Gasgeschwindigkeit in einem Kasten (11) zu der Gasgeschwindigkeit am Ausgang der Plättchen (12), die mit dem Kasten (11) fest verbunden sind, kleiner als 0,2 ist.

11. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdruckbeaufschlagungsmittel mehrere Ventilatoren (16) umfassen, die so beschaffen sind, dass sie einen oder mehrere Kästen (11) mit Gas versorgen können.

12. Wärmeaustauschvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ungerade Anzahl von Kästen (11) aufweist, wobei die Gasdruckbeaufschlagungsmittel einen Ventilator (16), der so beschaffen ist, dass er einen mittigen Kasten (11) versorgt, und wenigstens einen weiteren Ventilator (16), der so beschaffen ist, dass er die symmetrisch beiderseits des mittigen Kastens (11) angeordneten Kästen (11) versorgt, umfassen.

13. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einen gasdichten Behälter (17) eingebaut ist, wobei in einer Rückwand (17a) des Behälters gegenüber der vorderen Fläche der Kästen (11) eine Gasabführungsöffnung (18) vorgesehen ist.

14. Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie Einstellmittel (19) umfasst, die so beschaffen sind, dass sie die Vorrichtung (10) in einer zu dem flachen Produkt (1) senkrechten Richtung verlagern können.

15. Vorrichtung zum Kühlen eines flachen Produkts wie etwa eines laminierten Produkts aus Stahl, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Wärmeaustauschvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 gebildet ist.

Claims

1. Device for exchanging heat with a flat product (1), moving in front of the said device (10), comprising means of placing under gaseous pressure (16) at least one plenum chamber (11), the said plenum chamber (11) comprising on a front face several blades (12) forming a duct for the ejection of the gas towards a surface of the flat product (1), the blades (12) being superimposed upon one another in the direction of movement of the flat product (1) and constituting an outlet orifice (13) for the gas extending in the direction of the width of the flat product (1), characterised in that the width of the said plenum chamber (11) in the direction of the width of the flat product (1) is less than the width of the outlet orifice (13) of the gas extending in the width of the flat product (1), the reduced width of the plenum chamber (11) allowing the evacuation of the gas towards the rear on both sides of the said plenum chamber (11).

2. Heat exchange device according to claim 1, characterised in that each blade (12) opens out from the plenum chamber (11) to the gas outlet orifice (13).

3. Heat exchange device according to one of claims 1 or 2, characterised in that it comprises openings (14) for the outlet of the gas after ejection, situated in a plane defined by a rear face opposite the said front face of the plenum chamber (11).

4. Heat exchange device according to one of claims 1 to 3, characterised in that it comprises at least two plenum chambers (11) disposed in the width of the flat product (1), the spacing between the said plenum chambers (11) being such that the evacuation of the gas between the said plenum chambers (11) is carried out at a speed of less than or equal to 20 m/s.

5. Heat exchange device according to claim 4, characterised in that the ratio between half of the gas flow in m³/s at the outlet of two adjacent blades (12) along the width of the product and the section in m² of the space separating the said plenum chambers (11) comprising the said blades (12) is less than 20, the said section extending in a plane parallel with the flat product (1) and in the direction of movement of the flat product (1).

6. Heat exchange device according to claim 5, characterised in that it comprises several plenum chambers (11) disposed parallel with one another in the width of the rolled product (1), the said section of the space separating the plenum chambers (11) being equal to the sum of the sections of the spaces separating the said plenum chambers (11) in pairs.

7. Heat exchange device according to one of claims 4 to 6, characterised in that the blades (12) of the said plenum chambers (11) are distributed regularly over a front face of the plenum chamber (11) in the direction of movement of the flat product, each blade (12) of a first plenum chamber (11) being adjacent to a blade (12) of a second plenum chamber (11) in the plane defined by the gas outlet orifices (13).

8. Heat exchange device according to one of claims 1 to 7, characterised in that the blades (12) of a plenum chamber (11) are dimensioned such that the evacuation of the gas in the section (S) between the said blades (12) is carried out at a speed of less than or equal to 20 m/s at all points.

9. Heat exchange device according to claim 8, characterised in that P(x) ≥ q.x/20.l.w, where P(x) is the depth of the blade at a distance x from an axis of symmetry or from a blade end, w is the mean free height between two blades, q is the flow per blade and I is the width of the end of the blade and where x ≤ l/2 in the case in which the return of the gas is carried out on both sides, and x ≤ I in the case in which the return of the gas is carried out on only one side.

10. Heat exchange device according to one of claims 1 to 9, characterised in that the ratio between the speed of the gas in a plenum chamber (11) and the speed of the gas at the outlet of the blades (12) integral with the said plenum chamber (11) is less than 0.2.

11. Heat exchange device according to one of claims 1 to 10, characterised in that the gaseous pressurising means comprise several fans (16) adapted to supply gas to one or more plenum chambers (11).

12. Heat exchange device according to claim 11, characterised in that it comprises an odd number of plenum chambers (11), the gaseous pressurising means comprise one fan (16) adapted to supply a central chamber (11) and at least one other fan (16) adapted to supply plenum chambers (11) disposed symmetrically on either side of the said central plenum chamber (11).

13. Heat exchange device according to one of claims 1 to 12, characterised in that it is incorporated in a gas-tight enclosure (17), an evacuation orifice (18) being provided in a rear wall (17a) of the enclosure (17), opposite the front face of the said plenum chambers (11).

14. Heat exchange device according to one of claims 1 to 13, characterised in that it comprises adjustment means (19) adapted to displace the said device (10) in a direction perpendicular to the flat product (1).

15. Cooling device for a flat product, such as a rolled steel product, characterised in that it is formed from a heat exchange device according to one of claims 1 to 14.

Dessins