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CA 02217394 1997-09-17
"Procede et installation de chau~ace de cuves,
pour bain de metaux en ~usion'~
La présente invention est relative à un
procede de chau~age de cuves pour bain de metaux en
~usion, notamment des cuves de galvanisation de ~ils
d'acier suivant lequel les ~ils se deplacent sous ~orme
d'une nappe d'une manière sensiblement continue dans la
direction de leur longueur à travers un bain de zinc en
~usion, tel que de~ini dans le preambule de la revendi-
cation l.
Ces cuves de galvanisation peuvent être àcreuset metallique ou à creuset ceramique.
Dif~erents modes de chau~age de ces cuves
sont appliques actuellement.
Si l'on fait usage de cuves à creuset en
acier, il est essentiel que la temperature de celui-ci
soit limitee à 450~C etant donne qu'a partir de cette
temperature le ~er du creuset se met ~acilement en
solution avec pour consequence une accélération de la
corrosion du creuset par le zinc en ~usion qu'il
contient.
De ce ~ait, le mode de chau~age de telles
cuves doit être etudie pour qu'à aucun moment la tempe-
rature de la paroi du creuset de celles-ci ne dépasse la
temperature critique de 450OC.
A cet egard, il existe dif~erents modes de
chau~age, a savoir le chau~age par circulation de
~umee chaude a haute vitesse, le chau~age des parois
latérales par rayonnement en ~aisant usage de brûleurs
dits "a ~lamme plate", le chau~age par resistance
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électriques disposés le long des parois et au-dessus de
la cuve et enfin le chauffage par induction.
Dans le cas des cuves avec creuset en
céramique, celles-ci étant formées de pièces en matière
réfractaire, voire en béton coulé, il n'existe par
conséquent pas de limitation de température contraire-
ment à ce qui est le cas avec les cuves à creuset en
acier.
De telles cuves sont généralement chauf-
fées par rayonnement d'un couvercle disposé au-dessus de
la surface du bain ou par immersion de doigts échangeurs
en carbure de silicium.
Ces deux types de chauffage présentent
toutefois l'inconvénient que, par exemple dans le cas de
cuves de galvanisation de fils d'acier, l'accessibilité
à la nappe de fils est mauvaise et, de ce fait, on est
limité à des nappes de fils assez compactes.
De plus, le rendement thermique d'instal-
lations équipées de tels types de chauffage est généra- -
lement très médiocre.
Dans le cas du chauffage par rayonnement
d'un couvercle disposé au-dessus de la surface du bain
métallique, une majeure partie de la surface métallique
est utilisée pour le transfert de chaleur de sorte que,
dans le cas de la galvanisation de fils, une grande
partie du bain ne peut être exploitée pour passer des
fils à galvaniser. De ceci résulte donc que le rende-
ment de production de telles installations est assez
réduit.
Par ailleurs, la haute température régnant
sous le couvercle accélère l'oxydation de la surface
métallique par la vapeur d'eau s'accumulant au-dessus de-
cette surface.
Un autre inconvénient est que ce mode de
chauffage ne permet pas une répartition homogène de la
température sur la section transversale du bain.
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Pour ce qui concerne le chau~fage dit "par
doigts immergés", les inconvénients majeurs sont que la
cuve n'est accessible que d'un côté et également le ~ait
que comme dans le mode de chau~fage précité par rayonne-
ment, la température n'est également pas homogène sur la
section transversale du bain.
En outre, il y a lieu de diminuer le
niveau du bain métallique lors du changement d'un doigt
du ~ait qu~ aut vaincre la poussée hydrostatique du
métal liquide.
Enfin, ces doigts sont sensibles à la corrosion à
l~inter~ace air-métal et il est impossible de démarrer
le chau~fage avec ces doigts immergés.
Les documents FR-A-1.268.223, AU-A-
0 544 531 et DE-B-1.133.209 concernant des installations
a doigts, cloches ou plongeurs chau~ants qui pénetrent
sur une pro~ondeur relativement importante dans les
bains métalliques a chau~er et qui présentent, par
conséquent, les inconvénients déjà invoqués ci-dessus.
Un des buts essentiels de la présente
invention est de proposer un procédé de chau~age
permettant de remédier aux divers inconvénients décrits
ci-dessus et ceci tout en assurant un trans~ert très
e~icace de la chaleur au métal en ~usion.
A cet e~et, suivant l'invention, on ~ait
usage d'au moins un élément en matière ré~ractaire
thermiquement conductrice et sensiblement étanche aux
gaz, notamment à l'oxygène, flottant sur la ~ace du bain
précité.
L'invention concerne également une instal
lation de chau~age de cuves pour bain de métaux en
~usion, telles que cuves de galvanisation, et plus
particulierement une installation pour la mise en oeuvre
du procédé précité, tel que dé~inie dans le préambule de
la revendication 9.
~ = , ~
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Cette installation est caractérisée par le
fait que l'élément en matière réfractaire est agencé de
manière à pouvoir flotter sur le bain de métaux en
fusion.
5D'autres détails et particularités de
l'invention ressortiront de la description donnée ci-
après, à titre d'exemple non limitatif, d'une forme de
réalisation particulière de l'invention avec référence
au dessin annexé.
10La figure 1 est une vue schématique
latérale de cette première forme de réalisation de
l'invention.
La figure 2 est, à plus grande échelle,
une vue schématique en coupe suivant la ligne II-II de
15la figure 1.
La figure 3 est une coupe transversale
suivant la ligne III-III de la figure 2.
Dans les différentes figures les mêmes
chiffres de référence concernent des éléments identi-
20ques.
L'invention concerne un procédé de chauf-
fage de cuves 1 pour bain de métaux en fusion 2 suivant
lequel on fait usage d'une succession d'éléments en
matière refractaire 3 thermiquement conductrice et
25sensiblement etanche aux gaz, notamment à l'oxygène, qui
sont mis en contact direct et permanent avec la surface
superieure 4 du bain 2. Une source de chaleur 5 est
agencee au-dessus de cet element 3 permettant le chauf-
fage de ce dernier, le chauffage du bain même etant
30ainsi essentiellement realise par convection à partir de
cet element.
Avantageusement, et notamment pour assurer
un chauffage relativement homogène du bain 2, on recou-
vre au moins 60 ~ de sa surface 4 par l'element en
35matière refractaire 3.
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sont mis en contact direct et permanent avec la surface
superieure 4 du bain 2. Une source de chaleur 5 est
agencee au-dessus de cet element 3 permettant le chauf-
fage de ce dernier, le chauffage du bain même etant
S ainsi essentiellement realise par convection a partir de
cet elément.
Avantageusement, et notamment pour assurer
un chauffage relativement homogene du bain 2, on recou-
vre au moins 60 % de sa surface 4 par l'element en
~ 10 matiere refractaire 3.
Dans la forme de realisation montree aux
figures, on fait usage d'elements refractaires 3 flot-
tant librement sur la surface 4 du bain 2 de metaux en
fusion.
Quoique le procede suivant l'invention est
en principe applicable pour le chauffage de n'importe
quel type de bain de metaux en fusion, ce procede
s'applique particulierement a des cuves de galvanisation
contenant un bain de zinc en fusion qui est traverse par
une nappe de fils d'acier 6 a recouvrir par un film de
zinc.
Pour cette raison, la description donnee
ci-apres et les dessins annexes auxquels il est fait
reference dans cette description, concernent la galvani-
sation de fils d'acier.
Dans la forme de realisation particulieretelle que representee aux dessins, on fait usage d'ele-
ments refractaires 3 formes par des dalles en carbure de
silicium de forme rectangulaire posees librement l'une
a côte de l'autre sur la surface du bain 2, dans le sens
longitudinal de la cuve 1, c'est-a-dire dans la direc-
~ tion de deplacement de la nappe de fils 6.
Ces elements 3 sont, dans cette formed'execution specifique, entierement libres l'un par
rapport a l'autre, les joints subsistant entre deux
elements adjacents etant remplis par des granules d'une
,
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matiere réfractaire 7, tels que des granules de vermicu-
lite. Ainsi, ces joints permettent d'intercepter les
déplacements relatifs des éléments 3 et les dilatations
thermiques.
Quoique différents types de sources de
chaleur peuvent être utilisés pour chauffer les elements
refractaires 3, generalement une preference est donnee,
comme illustre par les dessins, a des br~leurs a air-gaz
combustible a premelange ou non.
Comme egalement montre aux dessins,
avantageusement, on place les elements refractaires 3
sur le bain 2 de telle maniere a amenager un passage
d'acces 8 entre les elements réfractaires 3 et le bord
voisin de la cuve 1 pour permettre ainsi le positionne-
ment aise de la nappe de fils d'acier 6 dans le bain en
dessous des élements 3.
En plus des mesures technologiques decri-
tes ci-dessus, en rapport avec le procéde de chauffage
suivant l'invention, la forme de realisation de l'ins-
tallation pour la mise en oeuvre de ce procede comprend,
au-dessus de chacun des élements 3, un couvercle 9 en
matiere refractaire delimitant avec ce dernier un espace
10 dans lequel sont montes des brûleurs 5 aboutissant
dans cet espace 10.
Ces brûleurs 5 sont orientes vers l'ele-
~ ment refractaire 3 provoquant ainsi le chauffage de
celui-ci et, par conduction, egalement du bain sur
lequel cet elément flotte.
Eventuellement, un seul brûleur peut etre
prevu par elément qui est alors équipé de plusieurs
injecteurs.
Par ailleurs, le ou les brûleurs 5 montés
au-dessus d'un element refractaire determiné 3 sont
éventuellement entierement indépendants du ou des
bruleurs montes au-dessus des autres eléments 3, de
maniere a permettre ainsi un controle parfait du chauf-
,
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fage des zones successives du bain 2 dans lesquels passe
la nappe de fils 6 à galvaniser.
De plus, une ou plusieurs cheminees 11
sont incorporees dans chaque couvercle 9, pour l'evacua-
tion des gaz de combustion, et des deflecteurs 12 sontavantageusement prevus sur chaque element 3, dans
l'espace 10 permettant de contrôler la circulation des
gaz de combustion dans cet espace.
La cuve 1 presente generalement une
section horizontale de forme rectangulaire. A chacune
des extremites de cette cuve est prevue une zone libre
respectivement 13 et 14, c'est-à-dire dans laquelle
n'est pas prevu un element refractaire chauffe, comme
montre à la figure 1. La zone 13 constitue la zone
d'entree de la nappe des fils 16 dans le bain, tandis
que la zone opposee 14 constitue la zone de sortie. La
flèche 15 indique le sens de deplacement des fils 6 à
travers le bain.
Comme on peut le constater, cette nappe de
fils entre en oblique dans la zone 13 et se deplace dans
une position inclinee par rapport a la surface du bain
2. Elle subit ensuite, dans la zone 14, une deviation
vers le haut autour d'une rampe de guidage 16 s'etendant
transversalement par rapport a la cuve avant de sortir
du bain par cette zone 14.
Avantageusement, afin de limiter au
minimum la teneur en zinc dans le bain, le fond 17 de la
cuve est egalement incline et s'etend de preference
parallelement a la nappe de fils 6, en dessous des
elements refractaires 3.
Dans la forme de realisation representee
aux dessins, les elements 3 sont disposes l'un a la
suite de l'autre dans le sens de la longueur de la cuve,
en amenageant de part et d'autre de chaque elément un
passage d'acces 8 reserve a l'enfilage ou positionnement
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de la nappe de fils 6 dans le bain, en dessous des
elements 3, comme deja mentionne ci-dessus.
La largeur de ce passage d'acces 8 peut,
par exemple, être de l'ordre de 10 cm.
Les dalles rectangulaires formant, dans
cette forme de realisation particuli~ere, les elements
refractaires 3 s'etendent avec leur côte le plus long
transversalement a la direction longitudinale de la
cuve. La longueur des grands côtes de ces dalles
- 10 correspond donc a la largeur interieure de la cuve 1
diminuee par deux fois la largeur du passage d'acces 8.
Generalement, cette largeur est de l'ordre de 1 a 2
metres. Dans la zone libre d'entree 13 des fils 6 dans
le bain 2 la distance separant le bord avant 1' de la
cuve du premier element 3 flottant sur le bain est
generalement de l'ordre de 1 metre, la zone centrale 20
du bain dans laquelle se trouvent les elements refrac-
taires 3 s'etendant generalement sur une distance de
l'ordre de plusieurs metres dans la direction de la
longueur des fils et la distance separant le dernier
element refractaire 3 du bord arriere 14 de la cuve 1
etant generalement de l'ordre 1,5 a 2 m.
Enfin, la longueur du plus petit côte des
elements refractaires est generalement de l'ordre de
75 cm, tandis que la largeur des joints separant deux
elements refractaires adjacents est generalement de
l'ordre de 10 a 20 cm.
Le couvercle 9 peut être pose librement
sur l'element correspondant 3 ou être fixe a ce dernier.
Ce couvercle presente de part et d'autre, du côte des
bords longitudinaux de la cuve, des ailes 18 enfilees
sur des tiges de guidage 9 qui se dressent verticalement
sur les bords longitudinaux de la cuve, de maniere a
assurer le deplacement de l'element 3 parallelement a la
surface 4 du bain 2 lors d'une variation du niveau de
celui-ci.
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Dans une variante de la forme de realisa-
tion representee aux figures 1 à 3, les elements 3
pourraient être bloques dans une position determinee par
rapport à la cuve pour maintenir le contact intime entre
cet element et la surface du bain 2. Ceci pourrait par
exemple etre realise en prevoyant des moyens pour fixer
les ailes 18 du couvercle 9 dans une position determinee
sur les tiges de guidage 19.
~ Dans un tel cas, les elements 3 ne flot-
tent donc pas librement sur le bain 2 et peuvent etre
enfonces legèrement dans celui-ci. Ceci peut surtout
etre utile lorsque la face des elements 3 dirigee vers
le bain presente des ailettes, non representees aux
figures, dans le but de favoriser l'echange thermique
entre les elements 3 et le bain 2.
Enfin, on peut prevoir une alimentation en
energie commune 21 pour les brûleurs 5 d'un même couver-
cle 9.
Dans certains cas encore, les elements
refractaires d'extremite peuvent être chauffes par
l'enthalpie des fumees provenant des eléments voisins.
Dans ces cas, il n'y a donc pas de brûleur separe pour
ces elements d'extremite.
Dans d'autres cas encore, les elements 3
peuvent être maintenus les uns par rapport aux autres
par un genre de cavalier, non represente, qui permet
d'assurer leur position relative tout en empêchant
l'accumulation de mattes dans les joints entre des
elements voisins.
Il est important de noter que le chauffage
obtenu par la mise en oeuvre de l'element refractaire 3
r est applicable pour tous les bains de metaux fondus,
tels que les bains de galvanisation, de galfanisation,
d'etamage, etc.
Le procede de chauffage, suivant l'inven-
tion, de tels bains presente le grand avantage de la
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compacite de l'equipement grâce au fait qu'il n'y a plus
de surface de la cuve inutilisee et ceci tout en permet-
tant un accès aise par les deux passages 8 entre les
bords lateraux de la cuve 1 et les eléments 3 pour les
operations d'enfilage dans le cas de galvanisation de
fils.
Le fait que les elements 3 sont en contact
permanent avec la surface 4 du bain 2 et que ces ele-
ments sont etanches aux gaz permet d'eviter un contact
direct entre le metal liquide du bain et la vapeur d'eau
provenant de la combustion dans les brûleurs 5.
Un autre avantage tres important par
rapport aux procedes faisant usage de doigts immerges
est qu'il est possible de demarrer l'installation alors
que le metal est à l'etat solide dans la cuve.
Il est bien entendu que l'invention n'est
pas limitee aux differentes formes de realisation
decrites ci-dessus du procede et de l'installation
suivant l'invention, mais que differentes variantes
peuvent être envisagees dans le cadre de l'invention
aussi bien en ce qui concerne la nature des materiaux
refractaires utilises, que la forme des parties consti-
tutives, telles que de l'element refractaire 3, et du
couvercle 9 monte sur celui-ci, que le type de moyen de
chauffage utilise, que des ma~eriaux dont est constituee
la cuve, celle-ci pouvant donc être formee d'une cuve a
creuset metallique, tel que de l'acier, ou d'une cuve a
creuset ceramique.
Dans certains cas, la source de chaleur
pourrait par exemple être formee de resistances electri-
ques incorporees dans les elements refractaires 3.
