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PR~ E DE ~V~ EN C~TINU D'UN SUBSTRAT ME~AILIQUE
. .
SI~R UNE PAR:TIE AIJ M~)INS D'PIJ M~)INS L'UNE DE SES FACE:S
~T DISPOSmF POUR IA M~SE EN OEUVE~ DE CE PR~)OEDE
Domaine technique
L'invention se rapporte au r~vêtement de t~les par un autre
métal et en particulier à un procédé qui permet le revêtement par-
~ tiel de la tôle.
Etat de la technique
La production de tôle galvanisée se rapporte généralementau revêtement des deux faces de la tôle plongée dans un bain de
zinc en ~usion. Ce mcde de fabrication est parfaitement au poin~
et permet de produire de la tôle protégée contre la corrosion pour
de nombreuses années.
Depuis quelque temps, un nouveau marché a ouvert des débour
chés a la tôle galvanisée sur une et non plus sur deux faces. Ce
marché est oe lui de l'automobile, domaine dans lequel l'emploi de
plus en plus fréquent de sel répandu sur les routes en hiver, prc-
vogue une dégradation accélérée des carrosseries par la corrosion.
Si, dans le bâtiment, la tôle galvanisée deux faces est tolérable
dans bien des cas, elle ne l'est par contre pas pour l'industrie
automobile étant donné que sur une couche de zinc, il n'est pas
possible de réaliser une couche de peinture suffisamment lissa.
Cette couche de zinc constitue également une gêne pour le souda-
ge par points des tales.
Diverses solutions ont déjà été proposées pour ne revêtir
des tôles que sur une de leùrs faces. C'est ainsi que la demande
-
~ ~.
- . ~
: ' ' ' . :
l~S~l~D
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de brevet FR No 2.344.640 se rapporte à un procédé selon lequel
on forme un bain de zinc en fusion, on fait passer la bande à pro-
ximité de la surface libre du bain de zinc de manière que la ten-
sion superficielle et la mouillabilité du ~étal en fusion permet-
tent la formation d'un ménisque sur la surface libre de ce bainen contact avec la face de la bande tournée vers lui.
Selon une autre solution décrite dans la demande de brevet
FR No 2.348.278, on fait passer le ruban à revêtir dans un bain
de zinc en fusion en mettant simultanément la face de la tôle ne
devant pas être revêtue, en contact avec un cylindre rotatif au-
tour d'un axe parallèle au niveau du bain, le contact entre cette
face et le cylindre étant maintenu aussi longtemps que la tôle est
trempée dans le bain.
Il a également été proposé dans la demande de brevet
JP No 77-151.638 de masquer la face qui ne doit pas être revêtue.
Le brevet BE No 859.420 se rapporte à un procédé selon le-
quel un mince jet de zinc fondu est projeté contre la face du ru-
~ ban de tôle à revêtir.
Les deux premières solutions mentionnées ne permettent pa5
de contrôler l'épaisseur et la régularité de la couche déposée.
En outre la seconde de ces solutions pose des problèmes en oe qui
concerne l'accumulation de zinc sur les parties d~ cylindre qui
débordent des bords longitudinaux du ruban de métal, ainsi que pour
préserver l'autre face non revêtue de la tôle.
La solution utilisant le masquage nécessite généralement l'en-
lèvement ultérieur du revêtement destiné à masquer la face non gal-
vanisée.
Le procédé avec jet de zinc est délicat à mettre en ceuvre
tant il est vrai qu'il est difficile de former un tel jet très min-
ce et parfaitement laminaire, surtout si l'on désire réaliser un
revêtement de l'ordre de quelques dizaines de microns.
On peut encore signaler d'autres solutions relatives au re-
vêtement uniface des substrats.
Le brevet FR No 1.1-53.715 se rapporte à un dispositif pour
le revêtement métallique de rubans métalliques sur une ou deux fa-
ces dans lequel le métal fondu est contenu dans un creuset présen-
tant des lèvres de sortie pressées contre Ie ruban de sorte que
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la largeur de l'orifice formé entre les deux levres est
tellement petite que tout metal applique au ruban est
entralne hors de l'applicateur par le deplacement du ruban
sous l'effet des forces capillaires resultant de la tension
superficielle entre le metal liquide et le ruban a revêtir.
De ce fait, le deplacement du ruban mouillé par le metal
fondu entraîne le metal hors du creuset au fur et a mesure.
Un tel dispositif comporte plusieurs inconvenients tels que
le contact necessaire entre les lèvres de distribution du
creuset et le ruban à revêtir engendrant l'usure de ces
- lèvres et le fait que seules les forces capillaires resul-
tant des tensions superficielles entre le metal liquide et
le ruban sont utilisees pour pomper le liquide hors du
creuset, limitant ainsi la vitesse de revêtement. Enfin les
possibilites de raglage d'epaisseur de couche d'un tel dis-
positif sont aussi limitees.
Un autre dispositif base sur une action de pompage
engendree par les forces capillaires est egalement decrit
dans le brevet US No 3 201 275 ainsi que dans le DAS No
1 080 373.
Enfin, selon le brevet US No 1 973 431, un courant
de metal liquide est forme à travers un passage dont la sec-
tion droite correspond à celle de la couche à deposer,
l'extrémité de sortie de ce passage se trouvant elle-même à
une distance du substrat très exactement egale à l'epaisseur
de la couche à deposer. Ce procede s'apparente a un pro-
cessus d'extrusion et est très difficile à mettre en oeuvre
sans une pression importante exercee sur le metal. En
outer, compte tenu des phenomenes de capillarite, ce procede
est limité à des epaisseurs de revêtements relativement
grandes.
Expose de l'invention
Le but de la présente invention est de remedier,
au moins en partie aux divers inconvénients susmentionnes.
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.~ .~ .
.
.
~ . . . ~ ' ,
': ' - '- , ' '
1~5~10
Selon la presente invention, il est prévu un
procede de revetement continu d'au moins une portion d'au
moins une face d'un substrat metallique avec un autre metal
selon lequel: on force au moins un ecoulement sous pression
de ce métal a travers une ouverture de distribution, on
menage une surface de mouillage adjacente a cette ouverture,
s'etendant sensiblement sur la largeur de la portion du
substrat a revêtir et orientee selon un plan sensiblement
vertical pour permettre audit ecoulement sous pression sor-
tant de ladite ouverture de s'écouler par gravite, on guidele substrat selon une trajectoire transversale a la largeur
de la surface de mouillage et passant a proximite immediate
de cette surface, on chauffe le substrat a une température
proche du point de fusion au metal de revêtement vis-a-vis
d'une partie de sa trajectoire situee en amont de l'endroit
o~ le substrat passe à proximite immediate de la surface de
mouillage, on entralne le substrat le long de sa trajectoire
afin d'amener successivement ses parties chauffees vis-à-vis
de la surface de mouillage en les deplaçant dans un sens
contraire à l'écoulement par gravité dudit metal, on regle
la distance entre cette ouverture et le substrat pour que la
tension de surface du métal de revêtement en fusion, la
mouillabilité du substrat, la direction et la vitesse de
déplacement de ce substrat engendrent des forces capables de
s'opposer a l'écoulement par gravite dudit metal et permet-
tent de maintenir dynamiquement une masse de ce metal en
fusion entre le substrat et ladite surface de mouillage, et
on regle la vitesse d'ecoulement du metal alimentant ladite
masse, pour une vitesse de defilement donnee du substrat, en
fonction de l'epaisseur requise pour le revetement.
Selon la presente invention, il est aussi prevu
un dispositif pour le revêtement continu d'au moins une por-
tion d'au moins une face d'un substrat metallique avec un
autre métal comprenant: une ouverture de distribution a
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travers de laquelle au moins un écoulement sous pression
de ce métal est forcée, une surface de mouillage aménagée
adjacente à cette ouverture, s'étendant sensiblement sur la
largeur de la portion du substrat a revêtir et orientée
selon un plan sensiblement vertical pour permettre audit
écoulement sous pression sortant de ladite ouverture de
s'écouler par gravité, et des moyens pour guider le substrat
selon une trajectoire transversale a la largeur de la sur-
face de mouillage et passant à proximité immédiate de cette
surface. Des moyens sont prévus pour chauffer le substrat
à une température proche du point de fusion du métal de
revêtement vis-à-vis d'une partie de sa trajectoire situee
en amont de l'endroit où le substrat passe à proximité
immédiate de la surface de mouillage; d'autres moyens pour
entraîner le substrat le long de sa trajectoire afin d'amener
successivement ses parties chauffées vis-à-vis de la surface
de mouillage en les déplaçant dans un sens contraire à l'é-
coulement par gravité dudit métal, d'autres moyens pour
réglér la distance entre cette ouverture et le substrat pour
que la tension de surface du métal de revêtement en fusion,
la mouillabilité du substrat, la direction et la vitesse de
déplacement de ce substrat engendrent des forces capables de
s'opposer à l'écoulement par gravite dudit metal et permet-
tent de maintenir dynamiquement une masse de ce metal en
fusion entre le substrat et ladite surface de mouillage, et
d ' autres moyens pour regler la vitesse d'écoulement du metal
alimentant ladite masse, pour une vitesse de défilement
donnée du substrat, en fonction de l'épaisseur requise pour
le revêtement.
Le dessin annexé illustre schemati~uement et a
titre d'exemple, une forme d'exécution et des variantes du
dispositif pour la mise en oeuvre du procédé objet de la
présente invention.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale de
- 4a -
~, .
. - .
-
.
'
11~5210
cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue de détail agrandie d'unepartie de cette forme d'execution. La fig. 3 est une vue de détail selon III-III de
la fig. 2.
La fig. 4 est une vue partielle de face d'une
variante d'un detail du dispositif des fig. 1 a 3.
La fig. 5 est une vue en coupe selon V-V de la
fig. 4.
La fig. 6 est une vue en élévation laterale d'une
variante de la fig. 1.
La fig. 7 est une vue de detail agrandie de cette
variante.
. . ~
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Meilleure manière de réaliser l'invention
-
Le dispositif illustré par la fig. 1 com~orte un four 1 de
conception connue destiné à prcduire le zinc en fusion. Ce four
présente un conduit de distribution latérale 3 qui débouche à une
extrémité dans un dégagement 2 ouvert vers l'extérieur, tandis que
son autre extrémité aboutit à un creuset 4 contenant du métal en
fusion. Un régulateur de niveau du ~étal en fusion contenu dans
ce creuset, constitué par un piston 5 mobile verticalement, per-
met de faire c~uler le zinc fondu dans le conduit 3 pour alimenter
le dégagement 2. Une ~vanne de reglage 3a placée dans le conduit
3 permet d'ajuster le débit avec une plus grande précision.
Un ruban 6, par exemple formé à partir d'une tôle d'acier,
enroulé à une extrémité sur une bobine d'alimentation 7 et à l'au-
tre extrémité sur une bobine de stockage 8 et guidé par trois rou-
leaux 9~ 10 et 11, défile devant l'ouverture du dégagement 2, en-
tra;né par un moteur 12. La distance entre le ruban 6 et le kord
du dégagement 2 est réglable. A cet effet chacune des extrémités
de l'un des rouleaux 10 servant au positionnement est fixée a l'ex-
trémité d'un bras 13 monté oscillant autour d'un axe fixe 14, qui
s'appuie contre une vis de butée réglable 15. Une rampe de brûleurs
à gaz 16, alimentée par une source de combustible gazeux 17, est
placée vis-à-vis de la face du ruban 6 opposée à celle tournée vers
l'ouverture de distribution 2 et dans la portion de la trajectoi-
re du ruban, dont le sens de défilement est indiqué par la flèche
F, située juste en amont du dégagement 2. Cette rampe de bruleurs
16 est destinée à élever la température du ruban 6 jusqu'aux en-
virons d~ la température du zinc en fusion, afin d'assurer un bon
mouillage du zinc liquide sur le ruban 6.
La portion de l'installation entourée par un tracé en traits
mixtes est Elacée sous une atmosphère contrôlée de H2 ~ N2 desti-
née à éviter l'oxydation du substrat. Ccmme on peut le constater
en observant les fig. 2 et 3, le dégagement 2 présente une oonfor-
mation particulière qui joue un rôle important dans le succès du
prc~édé puisqu'il sert à former une zone de répartition du ~étal
fondu sur la largeur du ruban. A cet effet, ce dégagemen~ 2 est
formé par une rainure allongée disposée transversalement à l'axe
longitudinal du ruban 6 et dont la longueur est très légerement
,~
-
~1~5Z~O
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inferieure à la largeur du ruban 6 à revêtir. Cette rainure est
ménagée dans une plaquette 19 qui s'étend à travers l'ouverture
3. Dans cet exemple, la profondeur de ce dégagement est de l'or-
dre de 2 à 3 mm et sa largeur est de 3 mm. Une série de conduits
de liaison 20 débouchent dans le fond de ce dégagement 2 et le font
communiquer avec le conduit 3. Ces conduits de liaison 20 sont for-
més par des perçages de 0,8 mm de diamètre écartés de 10 mm les
uns des autres dans cet exemple. Ils sont destinés à créer une oer-
taine perte de charge à la sortie du conduit 3 et à favoriser la
répartition du zinc en fusion sur toute la longueur du dégagement
2. Dans cet exemple, les conduits de liaison sont espacés de 10 mm
1'un de l'autre, mais cet écartement n'est pas critique. En pra-
tique, la section et le nombre de conduits de liaison seront choi-
sis en fonction du débit recherché et de manière a créer une per-
te de charge telle que le zinc en fusion ne sorte pas sous formede jet, la pression en amant ne résultant que de la hauteur de zinc
liquide située au-dessus du niveau de l'entrée du conduit 3. Cette
perte de charge est uniquement destinée à répartir régulièrement
l'écoulement sur toute la longueur du dégagement 2 pour qu'il soit
constamment rempli de zinc en fusion durant le processus de revê-
tement. La face externe de la plaquette 19 est biseautée de part
et d'autre de la rainure 18 pour éviter que le zinc en fusion ne
s'étale sur cette face lorsque le ruban 6 est placé à proximité
du bord de l'ouverture 2 et se déplace longitudinalement. Le ru-
b~n 6 fait en outre un angle d'environ 10~ par rapFort à la ver-
ticale de part et d'autre du rouleau 10. Il est encore à noter ~ue
l'alimentation du zinc liquide par un conduit horizontal tandis
que le ruban à revêtir est sensiblement vertical et se déplace
vis-à-vis du dégagement 2 de bas en haut, constitue une disposi-
tion avantageuse. En effet, le débit de zinc peut être facilement
contrôlé, et surtout, le sens de déplacement du ruban provoque un
entraînement du zinc liquide en raison de la mouillabilité du ru-
ban chauffé qui s'oppcse à l'écoulement du zinc par gravité, de
sorte qu'il est possible d'équilibrer dynamiquement oes deux for-
oes antagonistes.
Des essais ont été réalisés avec succès à l'échelle du la-
boratoire à l'aide de l'installation décrite. Pour effectuer ces
4S;Z~
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essais, on a utilisé un ruban d'acier inoxydable de 10 cm de lar-
geur. L'acier inoxydable a été choisi pour efEectuer oes essais
de manière à pouvoir travailler sans atmosphère contrôlée dans un
but de simplification. Etant donné que la mouillabilité d'un ru-
ban d'acier ordinaire chauffé sous atmosphère non oxydante est meil-
leure que celle d'un acier oxydable, il est certain que les tests
effectués de cette manière sont en tous les cas transposables sur
une installation industrielle en utilisant des tôles d'acier or-
dinaire.
Initialement, la température du zinc dans le creuset 4 est
portée entre 450~ et 470~C. Le ruban d'acier 6 est amené par le
rouleau 10 ccmmandé par la vis de réglage 15 agissant sur le bras
oscillant 13, en contact avec le bord de l'ouverture 2. Le piston
5 est introduit dans le bain de zinc contenu dans le creuset 4 et
le niveau du zinc dépasse le niveau du conduit 3 et s'écoule en
direction du dégagement 2. Il traverse les canaux 20 et se répand
dans le dégagement qu'iI remplit. A ce moment le rouleau 10 est
reculé à l'aide de la vis 15 et le moteur 12 est mis en marche tan-
dis que la rampe de brûleurs à gaz 16 a été allumée, pour que le
ruban, arrivant au dégagement ~, soit porte à une tem-
pérature voisine de celle du zinc en fusion, dans cet exemple la
température du ruban E~ut être de l'ordre ~e 400~C de manière que
le zinc ne soit pas refroidi dès qu'il touche la tôle, ce qui l'emr
pêcherait de former un revêtement régulier et finirait par bloquer
le ruban par une accumulation de zinc au niveau du dégagement 2.
La distance entre le bord de l'ouverture 2 et la surface du
ruban à revêtir doit être suEEisante pour que le ruban ne touche
en aucun cas la plaquette 19. Lors des essais effectués et avec
une vitesse du ruban de 10 m/min. et une épaisseur de dépot de l'or-
dre de 30 JUm, l'écartement entre le ruban et la plaquette 19 a puatteindre 0,8 mm. De préférence, cette distance est de 0,5 à 0,6
mm. En réduisant ou en augmentant cette distance on remarque des
stries ou des discontinuités du revêtement. Au-delà de 1 mm et
quelle que soit la vitesse du ruban, le ménisque entre le dégage-
ment 2 et le ruban ne se forme plus et le métal s'ecouie par gra-
vité. On a déjà relevé que les essais réalisés sur un ruban d'acier
inoxydable pour des raisons de simplification de l'installation
.
~3
~l~SX~O
- 8 -
et de sa mise en oeuvre, ne donnent p~s des conditions de mouil-
lage optimum et que le revêtement d'un ruban d'acier dans une at-
mosphère réductrice donnera un meilleur mouillage. Par conséquent
le Fassage des essais de laboratoire au stade industriel ne pose
pas de problème de principe et permettra peut-être d'augmenter lé-
gèrement la distance entre le bord du d~gagement 2 et le ruban.
Quoi qu'il en soit, cette distance est d'ores et déjà suffisante
pour assurer le défilement du ruban sans contact avec le bord du
dégagement 2. Le débit de zinc doit être fixé en fonction de l'é-
paisseur du revêtement désiré et de la vitesse de défilement, demanière que la masse de zinc liquide baignant la portion du ruban
adjacente au dégagement 2 soit oonstante. Le maintien de oe tte mas-
se liquide en contact avec une portion du ruban 6 sur toute sa lar-
geur est le gage d'un revêtement oontinu, d'épaisseur constante,
sur toute la largeur du ruban. L'augmentation de la largeur du re-
vêtement de 10 cm jusqu'à 1,50 m, qui constitue la largeur couran-
te dans les applications industrielles ne présente pas de diffi-
culté de principe particulière. On peut, soit utiliser une série
de modules formés des plaquettes 19 disposées côte à côte, ~oit
allonger la Flaquette 19 et le dégagement 2 pour couvrir toute la
largeur soit encore juxtaposer côte à côte des modules plus longs
que celui utilis~ lors des essais, ~ais plus courts que la largeur
totale de la tôle à revêtir. On peut encore ne recouvrir qu'une
partie seulement de la largeur du ruban et obtenir ainsi des épar-
gnes. Il suffit en effet de dimensionner et de répartir convena-
blement les dégagements 2 pour que seules certaines parties de la
largeur du ruban soient revêtues.
Des essais de variation de l'épaisseur du revêtement par une
modification du débit ont permis de passer d'un revêtement de 80
~m sur 10 cm de large avec un débit de 1,33 cm3/s et une vites~s
de défilement de 10 m/min à un revêtement de 30 ~m avec une débit
de 0,5 cm3/s. Ce revêtement a pu être abaissé jusqu'à 20 ~m tou-
jours dans des conditions de laboratoire. La vitesse de défilement
ne semble limitée vers le haut que par des questions de vibrations
et non par la nature du procédé et vers le bas, elle peut être abais-
sée jusqu'à environ 3 m/min pour un débit d'environ 1 cm3/s. Ceci
montre la très grande souplesse du procédé selon l'invention.
5~10
g
Diverses vaxiantes dont l'une est illustrée par les fig. 4
et 5 peuvent être envisagées. On peut ménager une fente 21 en lieu
et paace du dégagement 2 et des conduits de liaison 19. On peut
aussi envisager une série de conduits 19 en lieu et place de la
fente 21 sans que oes conduits ne débouchent dans un dégagement
2. Il est aussi possible de réduire le nombre de conduits 19 et
de les écarter davantage en augmentant ou non leur section de pas-
sage. L'intérêt du bain de ~inc coulant, réalisé adjacent à la fa-
ce du ruban 6 à revêtir réside dans le fait, que par sa position,qui tend à faire couler le zinc par gravité et l'action conjuguée
de la ~ uillabilité du ruban -et l'effet d'entraînement consécutif
à son déplacement ascendant, on retrouve sensiblement les mêmes
conditions qu'avec la technique classique du revêtement sux deux
faces, avec une épaisseur réguliére de revêtement et la possibi-
lité de la modifier à volonté en agissant sur le débit ou sur la
vitesse de défilement. Dans tous les essais réalisés, aucune tra-
ce de zinc n'est a~parue sur le revers du ruban. Dans une instal-
lation industrielle dans laquelle la vitesse de revêtement doit
être accrue, il y aurait lieu de prévoir un poste de refroidisse-
ment par exemple un refroidissement à l'azote en créant une cir-
culation d'azote dans ~n conduit 18 à partir d'une source d'azo-
te S, oomme on l'a illustré par la fig. 1. Il est évidemment pos-
sible de prévoir un système de régulation destiné à créer un as-
servissement entre la vitesse de défilement du ruban 6 et l'écou-
lement du zinc à travexs la vanne 3a en fonction d'une épaisseur
de revêtement donnée.
La variante du dispositif illustré par les fig. 6 et 7 re-
présente une forme d'exécution dans laquelle un four 1' et son con-
duit de distribution 3' dont une extrémité débouche dans un d~ga-
gement 2' semblable au dégagement 2 des ~ig. 1 à 3, sont montés
dans une installation de zingage industrielle ccmprenant essentie }
lement une enceinte à atmosphère réductrice 22, qui ren~enme un
poste de chauffage 23 soit électrique, soit à gaz. Une extrémité
de l'enceinte 22 présente une entrée 2~ pour le passage du ruban
6' alimenté par un rouleau 7'. Un rouleau de guidage 25 est dis-
posé à proximité du dégagement 2' après quoi le ruban 6' se diri-
~
-- 10 --
ge vers la sor.ie de l'enceinte 22 vers un autre rouleau de gui-
dage 26 situé entre l'enceinte 22 et un poste de refroidissement
27. On constate en particulier sur la fig. 7 que le ruban 6' ar-
rive horizontalement sur le rouleau de guidage 25 mais qu'il en-
veloppe ce rouleau d'un angle supérieur à 90~, de sorte qu'il lequitte avec une lésère inclinaison de quelques degrés pour favo-
riser la délimitation du ménisque dans le sens de déplacement ~
du ruban 6', comme on l'a déjà signalé dans la forme d'exécution
de la fig. 1 le reste de l'installation est bien connu de l'hom-
me du métier et sort du cadre de l'invention, de sorte qu'il n'est
- pas nécessaire de le décrire plus en détail.
Le procédé décrit, bien qu'il ait été con~u pour le revête-
ment sur une face seulement, peut être utilisé pour le revêtement
sur deux faces en disposant un deuxième dispositif de revêtement
vis-à-vis de l'autre face. Ces revêtements pourraient par exemple
être d'épaisseur différente de l'un et l'autre côté du ruban. Il
est aussi possible d'utiliser ce procédé pour revêtir les deux fa-
ces d'un ruban avec des épargnes sur une ou sur les deux faces.
Parmi les avantages du procédé décrit, il faut encore rele-
ver que l'essorage nécessaire pour ajuster l'épaisseur avec lesprocédés classiques est rendu inutile. Bien que les e~emplesdon-
nés ci-dessus sont tous relatifs à du zinc, il est évide~ment p~s-
sible d'utiliser ce même procédé pour former des revêtements de
plomb ou d'étain voire ~ême d'aluminium en adaptant dans ce der-
nier cas le matériau utilisé pour la plaquette 19 co~pte tenu de
la température de fusion de l'aluminium et de son action oorrosi-
ve à cette température.
,
