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Procédé et installation de revêtement au trempé à chaud et
en continu d'une bande métallique.
La présente invention concerne un procédé et une installation de
revêtement au trempé à chaud et en continu d'une bande métallique, notamment
d'une bande d'acier.
Dans de nombreuses applications industrielles, on utilise des
tôles d'acier revêtues d'une couche de protection par exemple contre la
corrosion
et le plus souvent revêtue d'une couche de zinc.
Ce typé de tôles est utilisé dans diverses industries pour réaliser
toute sorte.de pièces et en particulier des pièces d'aspect.
Pour obtenir ce genre de tôles, on utilise des installations de re-
lo vêtement au trempé en continu dans lesquelles une bande d'acier est
immergée
dans un bain de métal fondu par exemple en zinc, qui peut contenir d'autres
élé-
ments chimiques tels que l'aluminium, le fer, et d'éventuels éléments
d'addition
comme par exemple le plomb, l'antimoine, etc... La température du bain dépend
de la nature du métal et dans le cas dû zinc la température du bain est de
l'ordre
de 460 C.
Dans le cas particulier de la galvanisation à chaud, lors du défi-
lement de la bande d'acier dans le bain de zinc fondu, il se forme à la
surface de
ladite bande un alliage intermétallique Fe-Zn-Al d'une épaisseur de quelques
di-
zaine de nanomètres.
La résistance à la corrosion des pièces ainsi revêtues est assu-
rée par le zinc donc l'épaisseur est réalisée le plus souvent par essorage
pneu-
matique. L'adhérence du zinc sur la bande d'acier est assurée par la couche
d'al-
liage intermétallique mentionné précédemment.
Avant le passage de la bande d'acier dans le bain de métal fon-
du, cette bande d'acier circule d'abord dans-un four de recuit sous atmosphère
réductrice en vue de la recristalliser après l'écrouissage important lié à
l'opération
de laminage à froid, -et de préparer son état chimique de surface afin de
favoriser
les réactions chimiques nécessaires à l'opération de trempé.proprement dite.
La
bande d'acier est portée aux environs de 650 à 900 C selon la nuance pendant
le
3o temps nécessaire à la recristallisation et à la préparation de surface.
Elle est en-
suite refroidie à une température voisine de celle du bain de métal fondu à
l'aide
d'échangeurs.
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Après son passage dans le four de recuit, la bande d'acier défile
dans une gaine appelée aussi "descente de cloche" ou "trompe" sous atmos-
phère protectrice vis à vis de l'acier et est immergée dans le bain de métal
fondu.
La partie inférieure de la gaine est immergée dans le bain de mé-
tal pour déterminer, avec la surface dudit bain et à l'intérieur de cette
gaine, un
joint d'étanchéité liquide qui est traversé par la bande d'acier lors de son
défile-
ment dans ladite gaine.
La bande d'acier est défléchie par un rouleau immergé dans le
bain de métal et elle ressort de ce bain métal, puis traverse des moyens
d'esso-
lo rage servant à réguler l'épaisseur du revêtement de métal liquide sur cette
bande
d'acier.
Dans le cas particulier de la galvanisation à chaud, la surface du
joint liquide à l'intérieur de la gaine est généralement recouverte d'oxyde de
zinc,
provenant de la réaction entre l'atmosphère à l'intérieur de cette gaine et le
zinc
du joint liquide et de mattes solides provenant de la réaction de dissolution
de la
bande d'acier.
Ces mattes ou autres particules, en sursaturation dans le bain de
zinc ont une masse volumique inférieure à celle du zinc liquide et remontent à
la
surface du bain et notamment à la surface du joint liquide.
Le défilement de la bande d'acier à travers la surface du joint li-
quide provoque l'entraînement des particules stagnantes. Ces particules entraî-
nées par le mouvement du joint liquide lié à la vitesse de la bande d'acier ne
sont
pas évacuées dans le volume du bain et ressortent dans la zone d'extraction de
la bande en créant des défauts d'aspect.
De ce fait, la bande d'acier revêtue présente des défauts d'as-
pect qui sont amplifiés, voire révélés lors de l'opération d'essorage du zinc.
En effet, les particules intruses sont retenues par les jets d'esso-
rage pneumatique avant d'être éjectées ou désagrégées, créant ainsi des traî-
nées en sous épaisseur dans le zinc liquide d'une longueur de quelques millimè-
-3 0 tres à quelques centimètres.
Pour tenter d'éliminer les particules de zinc et les mattes à la sur-
face du joint liquide, différentes solutions ont été proposées.
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Une première solution pour éviter ces inconvénients consiste à
nettoyer la surface du joint'liquide par pompage des oxydes de zinc et des
mattes
en provenance du bain.
.Ces opérations de pompage permettent de nettoyer la surface du
joint liquide que de manière très locale au point de pompage et ont une
efficacité
et un rayon d'action très faibles ce qui ne garantit pas un nettoyage complet
du
joint liquide traversé par la bande d'acier.
Une deuxième solution consiste à réduire la surface du joint li-
quide au point de passage de la bande d 'acier en disposant une plaque de tôle
ou de céramique au niveau de ce joint liquide pour maintenir à l'écart de la
bande
une partie des particules présente à la surface et obtenir un auto-nettoyage
du
joint liquide par cette bande.
Cette disposition ne permet pas d'écarter la totalité des-particules
présentes à la surface du joint liquide et l'auto-nettoyage est d'autant plus
impor-
tant que la surface du joint liquide est réduite, ce qui est incompatible avec
les
conditions industrielles d'exploitation.
De plus, au bout d'un temps de fonctionnement donné, le stoc-
kage des particules à l'extérieur de la plaque croît de plus en plus et des
amas de
particules finissent par se détacher et revenir sur la bande d'acier.
L'ajout d'une plaque débouchant à la surface du joint liquide
forme également un lieu privilégié pour piéger les poussières de zinc.
Une autre solution consiste à ajouter un cadre à la surface du
joint liquide dans la gaine et entourant la bande d'acier.
Cette disposition ne permet pas d'éliminer en totalité les défauts
liés à l'entraînement des oxydes de'zinc et des -mattes par le défilement de
la
bande d'acier.
En effet, les vapeurs de zinc au niveau du joint liquide vont se
condenser sur les parois du cadre et au moindre remous occasionné par les vi-
brations ou les plis thermiques de la bande à l'immersion, les parois du cadre
3o vont s'encrasser et ainsi devenir des zones de stockage de corps étrangers.
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Cette solution ne peut donc fonctionner que quelques heures,
voire quelques jour avant de devenir elle-même une source supplémentaire de
défauts.
Ainsi, cette solution ne traite que partiellement le joint liquide et
ne permet pas d'atteindre une densité très faible de défauts satisfaisant les
exi-
gences des clients désirant des surfaces sans défauts d'aspect.
On connaît également une solution qui vise à l'obtention de la
propreté du joint liquide par renouvellement du bain de métal liquide.
Le renouvellement est réalisé par introduction de zinc liquide
1o pompé dans le bain au voisinage de la zone d'immersion de la bande d'acier.
Cette solution présente de grosses difficultés de mise en oeuvre.
En effet, elle nécessite un énorme débit de pompage pour assu-
rer un effet de déversement et le zinc pompé et injecté au niveau du joint
liquide
contient les mattes générées dans le bain de zinc.
Par ailleurs, la tuyauterie assurant le renouvellement du zinc li-
quide peut provoquer des rayures sur la bande d'acier avant son immersion et
elle est elle-même source de défauts par accumulation de vapeurs de zinc
condensées au-dessus du joint liquide.
On connaît également un procédé qui est basé sur le renouvel-
lement du zinc au niveau du joint liquide et dans lequel ce renouvellement est
effectué à l'aide d'une boîte en acier inoxydable entourant la bande d'acier
et dé-
bouchant à la surface du joint liquide. Une pompe aspire les particules
entraînées
par le déversement ainsi créé et les refoule dans le volume du bain.
Ce procédé nécessite aussi un débit de pompage très important
pour maintenir un effet de déversement permanent dans la mesure où la boîte
entourant la bande dans le volume du bain au-dessus du rouleau de fond ne peut
être hermétiquement étanche.
L'invention a pour but de proposer un procédé et une installation
de galvanisation en continu d'une bande métallique qui permettant d'éviter les
3o inconvénients précédemment mentionnés et d'atteindre la densité très faible
des
défauts satisfaisant aux exigences des clients désirant des surfaces sans
défauts
d'aspect.
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L'invention a donc pour objet un procédé de revêtement au trempé en continu
d'une bande métallique dans une cuve contenant un bain de métal liquide,
procédé
dans lequel on fait défiler en continu, sous atmosphère protectrice, la bande
métallique dans une gaine dont la partie inférieure est immergée dans le bain
de
métal liquide pour déterminer avec la surface dudit bain et à l'intérieur de
cette gaine,
un joint d'étanchéité liquide, on dévie la bande métallique sur un rouleau
déflecteur
disposé dans le bain de métal, et on essore la bande métallique revêtue à la
sortie
du bain de métal, caractérisé en ce que:
on réalise un écoulement naturel du métal liquide de la surface du joint
liquide
dans deux compartiments de déversement ménagés dans ladite gaine et comportant
chacun une paroi interne prolongeant la gaine à sa partie inférieure et en
regard de
chaque face de la bande, l'arête supérieure de chaque compartiment étant
positionnée au-dessous de ladite surface;
on détecte le niveau de métal liquide dans lesdits compartiments;
on maintient le niveau de métal liquide dans lesdits compartiments à un
niveau au-dessous de la surface du joint liquide de telle sorte que la hauteur
de
chute du métal liquide dans les compartiments est supérieure à 50 mm afin
d'empêcher la remontée des particules d'oxyde de métal et de composés
intermétalliques à contre-courant de l'écoulement du métal liquide.
L'invention a pour objet une installation de revêtement au trempé à chaud et
en continu d'une bande métallique, du type comprenant:
- une cuve contenant un bain de métal liquide,
- une gaine de défilement de fa bande métallique sous atmosphère
protectrice et dont la partie inférieure est-immergée dans le bain de métal
liquide
pour déterminer avec la surface dudit bain et à l'intérieur de cette gaine, un
joint
d'étanchéité liquide,
- un rouleau déflecteur de la bande métallique disposé dans le bain de
métal et,
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des moyens d'essorage de la bande métallique revêtue à la sortie du bain
de zinc, caractérisée en ce que la gaine est prolongée, à sa partie inférieure
et en
regard de chaque face de la bande, par une paroi interne dirigée vers la
surface du
joint liquide et dont l'arête supérieure est positionnée au-dessous de ladite
surface,
lesdites parois formant deux compartiments de déversement du métal liquide,
munis
de moyens de maintien du niveau de métal liquide dans lesdits compartiments à
un
niveau au-dessous de la surface du joint liquide pour réaliser un écoulement
naturel
du métal liquide de cette surface vers ces compartiments, la hauteur de chute
du
métal liquide dans lesdits compartiments étant supérieure à 50 mm pour
empêcher la
remontée des particules d'oxyde de métal et de composés intermétalliques à
contre-
courant de l'écoulement du métal liquide, et ce qu'elle comporte des moyens de
visualisation du niveau de métal liquide dans chaque compartiment.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- la paroi interne de chaque compartiment présente une partie
inférieure évasée vers le fond. de la cuve et une partie supérieure parallèle
à la
bande métallique,
- la hauteur de chute du métal liquide dans chaque compartiment
est supérieure à 100mm,
- les moyens de maintien du niveau de métal liquide dans les
compartiments sont formés par une pompe raccordée du côté aspiration à cha-
cun desdits compartiments par un conduit de liaison et munie du côté refoule-
ment d'un conduit d'évacuation dans le volume du bain du métal liquide
prélevé,
- l'installation comporte des moyens de visualisation du niveau de
métal liquide dans chaque compartiment,
- les moyens de visualisation sont formés par un réservoir dispo-
sé à l'extérieur de la gaine et relié à la base de chaque compartiment par une
tuyauterie de raccordement,
- la gaine est prolongée, à sa partie inférieure et en regard de
chaque bord latéral de la bande métallique, par une paroi interne dirigée vers
la
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surface du joint liquide dont l'arête supérieure est positionnée au-dessous de
la-
dite surface et formant un compartiment de déversement du métal liquide.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront
au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple, et faite
en réfé-
rence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig. 1 est une vue schématique en élévation d'une installation
de revêtement au trempé en continu, conforme à l'invention,
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- la Fig. 2 est une vue en coupe de la gaine selon la ligne- 2-2 de
la Fig. 1,
- la Fig. 3 est une vue schématique en élévation d'un premier
mode de réalisation de l'arête supérieure des compartiments de déversement de
l'installation conforme à l'invention,
- la Fig. 4 est une vue schématique en élévation d'un second
mode de réalisation de l'arête supérieure des compartiments de déversement de
l'installation conforme à l'invention,
- la Fig. 5 est une vue schématique en coupe transversale d'une
i o variante de la gaine de l'installation conforme à l'invention.
Dans ce qui suit, la description sera faite pour une installation de
galvanisation en continu d'une bande métallique. Mais l'invention s'applique à
tout procédé de trempage en continu dans lequel apparaît une pollution de sur-
face et pour lequel il faut garder un joint liquide propre.
Tout d'abord, à la sortie du train de laminage à froid, la bande
d'acier 1 passe dans un four de recuit, non représenté, sous atmosphère réduc-
trice en vue de la recristalliser après l'écrouissage important lié au
laminage à
froid, et de préparer son état chimique de surface afin de favoriser les
réactions
chimiques nécessaires à l'opération de galvanisation.
Dans ce four, la bande d'acier est portée à une température
comprise par exemple entre 650 et 900 C.
A la sortie du four de recuit, la bande d'acier 1 passe dans une
installation de galvanisation représentée à la Fig. 1 et désignée par la
référence
générale 10.
Cette installation 10 comporte une cuve 11 contenant un bain 12
de zinc liquide qui contient des éléments chimiques tels que l'aluminium, le
fer et
d'éventuels éléments d'addition comme le plomb, l'antimoine, notamment.
La température de ce bain de zinc liquide est de l'ordre de 460 C.
A la sortie du four de recuit, la bande d'acier 1 est refroidie à une
3 0 température voisine de celle du bain de zinc liquide à l'aide d'échangeurs
et est
ensuite immergée dans le bain 12 de zinc liquide.
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Lors de cette immersion, il se forme à la surface de la bande
d'acier 1 un alliage intermétallique Fe-Zn-Al permettant d'assurer la liaison
entre
la bande d'acier et le zinc restant après l'essorage.
Ainsi que représenté à la Fig. 1, l'installation de galvanisation 10
comporte une gaine,13 à l'intérieur de laquelle défile la bande d'acier 1 sous
at-
mosphère protectrice vis à vis de l'acier.
Cette gaine 13 aussi appelée "descente de cloche" ou
"trompe" présente, dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures,
une
section transversale rectangulaire.
La partie inférieure 13a de la gaine 13 est immergée dans le bain
de zinc 12 de façon à déterminer avec la surface dudit bain 12 et à
l'intérieur de
cette gaine 13, un joint d'étanchéité liquide 14.
Ainsi, la bande d'acier 1 à l'immersion dans le bain de zinc 12
liquide, traverse la surface du joint liquide 14 dans la partie inférieure
^13a de la
gaine 13.
La bande d'acier 1 est défléchie par un rouleau 15 couramment
appelé rouleau de fond et disposé dans le bain de zinc 12. A la sortie de ce
bain
de zinc 12, la bande d'acier 1 revêtue passe dans des moyens d'essorage 16 qui
sont par exemple constitués par des buses 16a de projection d'air et qui sont
di-
rigées vers chaque face de la bande d'acier 1 pour réguler l'épaisseur du
revête-
ment de zinc liquide.
Ainsi que représenté sur les Figs. 1 et 2, la partie inférieure 13a
de la gaine 13 est prolongée, sur le côté en regard de la face de la bande 1
si-
tuée du côté du rouleau déflecteur 15, par une paroi interne 20 dirigée vers
la
surface du joint liquide 14 et qui ménage avec ladite partie.inférieure 13a de
la
gaine 13, un premier compartiment 25 de déversement du zinc liquide.
L'arête supérieure 21 de la paroi interne 20 'est positionnée au-
dessous de la surface du joint liquide 14 pour réaliser un écoulement naturel
de
zinc liquide de cette surface duditjoint 14 vers ce compartiment 25.
De même, la partie inférieure 13a de la gaine 13 située en regard
de la face de la bande 1 placée à l'opposé du rouleau déflecteur 15, est
prolon-
gée par. une paroi interne 26 dirigée vers la surface du joint liquide 14 et
ména-
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geant avec ladite partie inférieure 1'3a un second compartiment 29 de déverse-
ment du zinc liquide.
L'arête supérieure 27 de la paroi interne 26 est positionnée au-
dessous de la surface du joint liquide 14 et le compartiment 29 est muni de
moyens de maintien du niveau de zinc liquide dans ledit compartiment à un ni-
veau au-dessous de la surface' du joint liquide 14 pour réaliser un écoulement
naturel de zinc liquide de cette surface dudit joint liquide 14 vers ce
compartiment
29.
La hauteur de chute du métal liquide dans les compartiments 25
1o et 29 est déterminée pour empêcher la remontée des particules d'oxyde de
métal
et de composés intermétalliques à contre-courant de l'écoulement du métal li-
quide et cette hauteur est supérieure à 50mm et de préférence à 100mm.
De préférence, les parois internes 20 et 26 présentent une partie
inférieure évasée vers le fond de la cuve 11. Les parois internes 20 et 26 des
compartiments 25 et 29 sont en acier inoxydable et ont une épaisseur comprise
entre 10 et 20mm.
Selon un premier mode de réalisation représenté à la Fig. 3, les
arêtes supérieures 21 et 27 des parois internes 20 et 26 sont rectilignes et
de
préférence effilées.
Selon un second mode de réalisation représenté à la Fig. 4, les
arêtes supérieures 21 et 27 des parois internes 20 et 26 comportent, dans le
sens longitudinal, une succession de creux 22 et de saillies 23.
Les creux 22 et les saillies 23 ont la forme d'arcs de cercle et
l'amplitude "a" entre lesdits creux et lesdites saillies est comprise de
préférence
entre 5 et 10mm.
De plus, la distance "d" entre les creux 22 et les saillies 23 est
par exemple de l'ordre de 150mm.
Dans. ce mode de réalisation également, les arêtes supérieures
21 et 27 des parois internes 20 et 26 sont de préférence effilées.
Selon un autre mode de réalisation, l'une des arêtes supérieures
21 ou 27 des compartiments 25 ou 29 peut être rectiligne et l'autre comporter
une
succession de creux et de saillies.
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Les moyens de maintien du niveau de zinc liquide dans les com-
partiments de déversement 25 et 29 sont formés par une pompe 30 raccordée
du côté aspiration audit compartiment 25 et 29 par un conduit de liaison,
respec-
tiVement 31 et 33.
5 La pompe 30 est munie du côté du refoulement d'un conduit
d'évacuation 32 dans le volume du bain 12 du zinc prélevé.
Par ailleurs, l'installation comporte des moyens de visualisation
du niveau de zinc liquide dans les compartiments de déversement 25 et 29 ou
tout autre moyen permettant de visualiser le niveau de zinc liquide.
10 Dans ce mode de réalisation préférentiel, ces moyens de visuali-
sation sont formés par un réservoir 35 disposé à l'extérieur de la gaine 13 et
relié
à la base de chacun des compartiments 25 et 29 par une tuyauterie de raccor-
dement, respectivement 36 et 37.
Comme représenté à la Fig. 1, le point de raccordement de la
pompe 30 sur les compartiments de déversement 25 et 29 est situé au-dessus du
point de raccordement du réservoir 35 sur lesdits compartiments 25 et 29.
L'ajout du réservoir externe 35 permet de reporter le niveau des
compartiments de déversement 25 et 29 à l'extérieur de la partie inférieure
13a
de la gaine 13 dans un environnement propice de façon à détecter facilement ce
2o niveau. A cet effet, le réservoir 35 peut être équipé d'un" détecteur de
niveau de
zinc liquide, comme par exemple un contacteur alimentant.un voyant, un radar
ou
un faisceau laser.
Selon une variante représentée à la Fig. 5, la gaine 13 est pro-
longée à se partie inférieure et en regard de chaque bord latéral de la bande
d'acier 1, par une paroi interne 49 dirigée vers la surface du joint liquide
14 et
dont l'arête supérieure 41 est positionnée au-dessous de ladite surface du
joint
liquide 14.
Chaque paroi interne 41 ménage avec la partie inférieure de la
gaine 13 un compartiment de déversement 42 du zinc liquide.
D'une manière générale, la bande d'acier 1 pénètre dans le bain
de zinc 12 par l'intermédiaire de la gaine 13 et du joint liquide 14 et cette
bande
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entraîne des oxydes de zinc et les mattes en provenance du bain en créant
ainsi
des défauts d'aspect dans le revêtement.
Pour éviter cet inconvénient, - la surface du joint liquide 14 est
réduite grâce aux parois internes 20 et 26 et la surface du joint liquide 14
isolée
entre lesdites parois 20 et 26 s'écoule dans les compartiments de déversement
25 et 29 en passant au-dessus des arêtes supérieures 21 et 27 des parois inter-
nes 20 et 26 desdits compartiments 25 et 29.
Les particules d'oxyde et les mattes ou autres particules qui sur-
nagent à la surface du joint liquide 14 et qui sont à l'origine des défauts
d'aspect,
1o sont entraînées dans les compartiments de déversement 25 et 29 et le zinc
li-
quide contenu dans ces compartiments 25 et 29 est pompé afin de maintenir un
niveau suffisant en contre-bas pour permettre l'écoulement naturel du zinc de
la
surface du joint liquide vers ces compartiments 25 et 29.
De cette manière, la surface libre du joint liquide 14 isolée entre
les parois 20 et 26 est renouvelée en permanence et le zinc liquide aspiré par
la,
pompe 30 dans ces compartiments 25 et 29 est injecté dans le bain de zinc 12
par le conduit d'évacuation 32.
Par l'effet ainsi créé, la bande d'acier 1 à l'immersion défile à tra-
vers la surface du joint liquide 14 nettoyée en permanence et ressort du bain
de
zinc 12 avec un minimum de défauts.
Le réservoir externe 35 permet de détecter le niveau de zinc li-
quide dans les compartiments de déversement 25 et 29 et d'ajuster ce niveau de
manière à le maintenir au-dessous du bain 12 en agissant par exemple sur l'in-
troduction de lingots de zinc dans la cuve 11.
'25 Dans le cas où l'installation comporte en plus des compartiments
de déversement 25 et 29, deux compartiments de déversement latéraux 42, l'effi-
cacité de l'installation est sensiblement augmentée.
Grâce à l'installation selon l'invention, la densité de défauts sur
les surfaces revêtues de la bande d'acier est considérablement réduite et la
qua-
lité d'aspect ainsi obtenue de ce revêtement convient aux critères exigés par
des
clients désirant des pièces dont les surfaces sont sans défauts d'aspect.
L'invention s'applique à tout revêtement métallique par trempé.
