Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
CA 02428486 2003-05-08
WO 02/38823 PCT/FR01/03454
Installation de revêtement au trempé d'une bande métallique
La présente invention concerne une installation de revêfiement 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 ia
corrosion
et le p(us souvent revêtue d'une couche de zinc.
Ce type dé tôles est utilisé dans diverses industries pour réaliser
toute sorte de pièces et notamment des pièces d'aspect.
Pour obten-ir ce genre de tôles, on utilise des installations de re-
lo vêtement au trempé en continu dans lesquelles une bande d'acier est
immérgée
dans un bain de métal fondu par exemple du 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 méta) et dans le cas du zinc la température du bain est de
l'ordre
is de 460 C.
Dans le cas particulier de ia gaivanisation à chaud, {ors 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-AI d'une épaisseur de quelques
di-
zaine de nanomètres.
20 La résistance à la corrosion des pièces ainsi revêtues est assu-
rée par le zinc dont l'épaisseur est réalisée ie plus souvent par essorage
pneu-
matique. L'adhérence du zinc sur la bande métailique est assurée par la couche
d'alliage intermétallique cité précédemmenfi.
Avant le passage de la bande d'acier dans le bain de métal fon-
25 du, cette bande d'acier circule d'abord dans un four de recuit sous
atmosphère
réductrice en vue de la recristailiser 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 ditë.
La
bande d'acier est portée aux environs de 650 à 900 C selon la nuance
pendant,le
30 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 métai 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 âppelée 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.
L'extrémité inférieure de la gaine est immergée dans le bain de
méta! pour déterminer, avec la surface dudit bain et à l'intérieur de cette
gaine,
un joint d'étanchéité liquide qui est traversé par ia bande d'acier lors de
son défi-
lement dans ladite gaine.
La bande d'acier est défléchie par un rouleau immergé dans le
bain de métal et elle ressort de ce bain de métal, puis traverse des moyens
d'es-
lo sorage servant à réguler l'épaisseur du revêtement de métal iiquide 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 ia réaction entre i'atmosphère à l'intérieur de cette gâine et le
zinc
1.5 du joint liquide et de composés intermétalliques ou matfies solides
provenant de
la réaction de dissolution de la bande d'acier.
Ces mattes ou autres particufes, 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 ia surface du joint iiquide.
20 Le défilement de la bande d'acier à travers la surface du joint li-
quide provoque l'entraînément des particules stagnantes. Ces particules entrai-
nées par Ie mouvement du joint liquide iié à la vitesse de la bande d'acier ne
sont
pas évacuées dans le volume du bain et ressortent daris la zone d'extraction
de
la bande en créant des défauts d'aspect.
25 De ce fait, la bande d'acier r.evêtue 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 !e zinc liquide d'une longueur de quelques millimè-
3 o tres à quelques centimètres.
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Pour tenter d'éliminer les particules de zinc et les mattes à la sur-
face du joint liquide, différentes solutions ont été proposées.
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 ne permefitent de nettoyer la surFace
du joint liquide que de manière très locale au point de pompage et ont une
effica-
cité et un r-ayon d'action très fa-ible ce qui ne garantit pas un nettoyage
complet
so du joint liquide traversé par la bande d'acier.
Une seconde solution consiste à réduire la surface du joint Ii-
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 lïquide est réduifie, 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 priviiégié pour piéger les poussières de zinc.
Une autre solution consiste à=ajouter un cadre à la surFace du
joint liquide dans {a gaine et entourant la bande d'acier.
Cette disposition ne permet p.as 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 dü cadre et au moindre remous occasionné par les vi-
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brations ou les plis thermiques de la bande à l'immersion, les parois du -
cadre
vont s'encrasser et ainsi devenir des zones de stockage de corps étrangers.
Cette solution ne peut donc fonctionner que quelques heures,
voire quelques jour avant de dëvenir elle-même une source supplémentaire de
défauts.
Ainsi, cette solution ne traite que partiellement le jôint liquide et
ne permet pas d'atteindre une densité très" faible de défauts satisfaisant ies
exi-
gences des clients désirant des surfaces sans défauts d'aspect.
On connâît également une sol-ut-ion qui vise à, l'obtentio.n de Ia
lo propreté du joint liquide par renouvellement du bain de métal fondu.
Le renouvellement est réalisé par introduction de zinc liquide
pompé dans le bàin au voisinage de la zone d'immersion de la bande d'acier.
Cette solution présente de grosses difficultés de mise en--ceuvre.
En effet, elle nécessite un énorme débit de pompage pour assu-
25 rer un effet de déversement et le zinc pompé et injecté au niveau du joint
liquide
contient ies mattes générées dans le bain de zinc.
Par ailieurs, la tuyauterie assurant le renouvellement du zinc li-
quide peut provoquer des rayures sur la bande d'acier avant son immersion et
elle est elie-même source "de défauts par accumulation de vapeurs de zinc
20 condensées au-dessus du joint (iquide.
On connaît égafement un procédé qui est basé sur ie renouvei-
(ement du. zinc au niveau du joint liquide et'dans lequel ce renouvellement
est
effectué à l'aide d'une boîte en acier inoxydable entourant Ia bande d'acier
et dé-
bouchant à la surface du joint liquide. Une pompe aspire les particules
entraînées
25 par le déversement ainsi créé et les refouls dans 1è 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 rouieau de fond ne peut
être hermétiquement étanche.
30 L'invention a pour but de proposer une installation de galvanisa-
tion en continu d'une bande métaliique qui permet d'éviter les inconvénients
pré-
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r
cédemment mentionnss et 'd'atteindre la densi'té très faible des défauts
satisfai- .
sant aux exigences des clients désirant des surfaces sans défauts d'aspect.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation de revêtement
au trempé en continù d'une bande métallique, du type comprenant :
- une cuve contenant un bain de métai iiauide,
- une gaine de défilement de la bande métallique sous atrnos-
phère protectrice et dont l'extrérriité inférieure est immergée dans fe bain
de mé-
tal liquide pour déterminer.. avec la surface dudit bain et à l'intérieur de
c=tte
gaine, un joint da méLal li-quide,
- un -rouleau déi'lecteur de la bande métallique disposé dans le
bain de métal et,
- des moyens d'essorâge de la bande métallique revêtue, à la
sortie du bain de métal,
caractérisée en ce la gainQ est prolongée, à sa partie inférieure, par au
nioins
deux parois internes situées chacune d'un côté de Ia* bande et dirigées vers
la
surface du bain de métal dans ladite gaine pour rormm-r au moins deux compar-
timents de récupération des particules d'oxyde de métal et d-3 composés
intermé-
talllques et en ce qus cette çaine comporte une partfe supériaure flxe : t une
par-
tle inférieure mobile reliées entres elles par un élément déformable et d s
moyens de positionnem?nt de la partie inférieure mobile de cette gaine par rap-
port à la bande métallique comprenant deux organes d'actionnement reliés à
ladite partie inférieure pour la déplacer par translation parallèlement à la
surface
du bain de métal liquide.
Selon d'au'tres caractéris'tiques de l'invention :
- l'élément déformable est formé par un soufflc-t en acier inoxyda-
bie,
- les moyens da positionnement comprennent un oryane d'ac-
tionnement rslié à la partia inr'ériâure mobiie de ia gaine pour déplacer par
pivo-
tement cette parîla Infér I ure autour d'un ax,e transversal à la bande et
situ au
niveau du soufflet,
- les moyens de positionn?ment comprennent deux organes d'ac-
tionnament reliés à la pariie inférieure mobile de la gaine pour dépiacer
cette
partie inTérieure par pivot=ment autour d'un axe transversal à la bande et
situé au
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6 niveau du soufflet et/ou par translation parallèlement à la surface du bain
de mé-.
tal liquide,
- les organes d'actionnement sont formés par des vérins hydrau-
liques ou pneumatiques.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront
au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exempie et faite en
réfé-
rence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Fig. 1 est une vue schématique en élévation d'une installation
de revétement au trempé en côntinû, conformë à l'invéiitiorï,
- la Fig. 2 est une vue schématique et à plus grande.échelle d'un
premier mode de réalisation des moyens de positionnement de la gaine de l'ins-
tallation conforme à l'inventibn,
- les Figs. 3 et 4 sont deux vues schématiques et à plus grande
échelle d'un second mode de réalisation des moyens de positionnement de la
- gaine de l'installation conforme à l'invention,
- les Figs. 5 et 6 sont deux vues schématiques montrant deux
rnodes de réalisation des moyens de guidage de la bande à l'intérieur de la
gaine
'de l'installation conforme à l'invention.
Dans ce qui suit, la description sera faite pour une installation de
galvanisâtion 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 ii 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.
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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'antimaine, 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
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.
Lors de cette immersion, il se forme à la surfaçe de la bande
d`a`cier 1 un alliage intermétall-ique Fe-Zn-AI réalisant un revêtement de
zinc dont
Zo l'épaisseur est fonction du temps de séjour de la bande d'acier 1 dans le
bain 12
de zinc Iiquide.
Ainsi que représenté à la Fig. 1, l'installation de galvanisatiôn 10
comporte une. gaine 13 à l'intérieur de laquelle défile la bande d'acier 1
sous at-
rnosphère protectrice vis à vis de l'acier.
Cette gaine ' 13 aussi appelée "descente de doche" ou
"trornpe" présente, dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures,
une
section trânsversale rectangulaire.
L'extrémité- inférieure de la gaine 13a 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 liquide
12, traverse la surface du joint liquide 14.
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 exempfe constitués par des buses 16a de projection d'air et qui sont
di-
rigés vers chaque face de la bande d'acier 1 pour.réguler l'épaisseur du
revête-
ment de zinc liquide.
Ainsi que représenté à la Fig. 1, l'extrémité inférieure 13a de la
3 o gaine 13 est prolongée, sur le côté eri regard de la face de la bande 1
située du
côté du rouleau déflecteur 15, par une paroi interne 20 dirigée vers la
surface du
joint liquide 14 et qui ménage avec la gaine 13, un compartiment 21 de déverse-
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ment du zinc liquide pour recueillir les particules d'oxydes de zinc et de
compo-
sés intermétalliques qui surnagent à la surface du joint liquide 14.
Pour cela, l'arête supérieure 20a de la paroi interne 20 est posi-
tionnée au-dessous de ia surFace du joint liquide 14 et le compartimenfi 21
est
muni de moyens, non représenfiés, de maintien du niveau de zinc liquide dans
ledit compartiment à un niveau au-dessous de la surface du joint liquide 14
pour
réaliser un écoulement naturel du zinc liquide de cette surface dudit joint
14 vers
ce compartiment 21.
Par ailleurs, l'extrémité inférieure 13a de la gaine 13 située en
1o regard de la face de la bande 1 placée à l'opposé du.rouleau déflecteur 15,
est
prolongée par une paroi interne 22 dirigée vers la surface du joint liquide 14
et
ménageant avec la gaine 13 un compartiment 23 étanche de stockage des parti-
cules d'oxyde de zinc.
L'arête supérieure 22a de la paroi interne 22 est positionnée au-
dessus de la surface du joint liquide 14.
Dans ce cas, ce compartiment 23 sert de réceptacle des oxydes
de zinc pouvant provenir de la paroi inférieure inclinée de la gaine et permet
de.
stocker ces oxydes afin de protéger la bande d'acier 1.
Selon une variante, l'arête supérieure 22a de la paroi interne 22
peut être positionnée au-dessous de la surface du joint liquide 14 et, dans ce
cas,
le compartiment 23 est un compartiment de déversement du zinc liquide, comme
le compartiment 21.
Pour que ce système fonctionne de manière optimisée, la bande
d'acier 1 doit pénétrer dans le joint de zinc liquide 14 sans risquer de
toucher les
parois 20 et 22 des deux compartiments 21 et 23.
La ligne _de pessage de ia bande d'acier 1 entre ies parois 20 et
22 des deux compartiments 21 et 23 est déterminée p-ar le diamètre du rouleau
déflecteur 15 et par sa position.
De plus, la modification de la position de l'extrémité inférieure
3 o 13a de la gaine 13 par rapport à la bande d'acier 1 intervient à chaque
change-
ment du rouleau 15.
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Pour cela, la gaine 13 comporte deux parties, une partie supé-
rieure fixe 30 et une partie inférieure mobile 31, reliées entre elles par un
élémenfi
déformable 32 de façon à pouvoir modlfier la position de la partie inférieure
mo-
bile 31 de la gaine 13. L'élément déformable 32 est'constitué par un soufflet,
par
exemple en acier inoxydable et la partie inférieure 31 de la gaine 13 est
associée
à des moyens 35 de positionnement des parois internes 20 et 22 par rapport à
la
bande d'acier 1.
Selon un premier mode de réalisation représenté à la Fig. 2, les
rfië ëns 35 d'ë positionnement comprenn-ent un organe d'actionnement 35a cons=
Zo titué par exemple par un vérin hydraulique ou pneumatique et relié à la
partie
inférieure mobiie 31 de la gaine 13 pour déplacer par pivotement cette partie
infé-
rieure 31 autour d'un axe virtuel A transversal à la bande 1 et situé au
niveau du
soufflet 32.
Ainsi, en actionnant le vérin 35a dont l'extrémité libre de la tige
est montée articulée sur la partie inférieure mobile 31, 1'angie d'incfinaison
de
cette partie inférieure 31 peut être modifié en fonction de l'inclinaison de
la bande
d'acier 1, comme représenté en pointillés sur la Fig. 2.
Selôn un second mode de réalisation représenté aux Figs. 3 et 4,
les moyens 35 de positionnement comprennent deux organes d'actionnement,
2o respectivement 35a et 35b, constitués par exemple par des vérins
hydrauliques
ou pneumatiques et reliés à la partie inférieure 31 de la gaine 13.
Ainsi, en agissant sur les deux vérins 35a et 35b, !a partie infé-
rieure mobile 31 de la gaine 13 est déplacée en translation parallèlement à la
surface du bain de métal liquide 12 lorsque la course de déplacement des tiges
d'acfiionnement desdits vérins est identique, comme représentée à la Fig. 3.
Dans
ce cas, la partie mobile inférieure 31 reste parallèle à elle-même.
Par ailleurs, en agissant sur les deux vérins 35a et 35b avec une
course de déplacement différente pour chaque tige d'actionnement desdits vé-
rins, la partie mobile inférieure 31 est déplacée par pivotement autour de
l'axe
3 o virtuel transversal et en translation parallèlement à la surface du bain
de métal
fiquide 12, ainsi que représenté à ia Fig. 4,
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Cette* disposition a l'avantage de permettre de régler indépen-
damment, d'une part, la position de ia partie mobile 31 de la gaine 13 par
rapport
à la bande d'acier 1 etï d'autre part, l'horizontalité de ladite partie
mobile. Cela
permet également d'équilibrer le débit de métal liquide se déversant dans
chaque
~ compartiment 21 et 23 et de ce fait d'augmenter l'efficacité de
l'installation.
En déplaçant la partie inférieure mobile 31 de la gaine 13 par
pivotement et/ou par translation, la positiôn des parois internes 20 et 22 des
compartiments 21 et 23 est ajustée pour que la bande d'acier 1 pénètre dans le
jo'int de zinc Iiquidë 14 détërminé par lesditës përôis internes 20 et 22 sans
ris-
lo quer de toucher ces parois.
Ainsi que représenté sur les Figs. 5 et 6, l'installation comporte
des moyens 40 de guidage de la bande d'acier 1 à l'intérieur de la gaine 13.
Ces moyens 40 de guidage sont formés par un rouleau déflec-
teur 41 ou 42 piacé dans la gaine 13 pour dresser la ligne de passage de la
zs bande d'acier 1 par rapport au rouleau 15 et régler plus aisément le
passage de
ladite bande d'acier 1 entre les deux parois 20 et 22 des compartiments 21 et
23.
Dans le cas d'une bande d'acier de fai,ble épaisseur, le rouleau
déflecteur 41 est disposé sur la face de la bande 1 opposée à celle en contact
avec le rouleau 15, comme représenté à la Fig. 5, et dans le cas d'une bande
2 o d'acier 1 de plus forte épaisseur, le rouleau déflecteur 42 est disposé
sur la fsce
de la bande 1 en contact avec le rouleau d'entraînement 15, comme représenté à
la Fig. 6.
Dans ce cas, le rouleau défIecteur 42 permet de compenser le.
cintrage de la bande d'acier 1 dans le sens transversal qui est lié au
gradient de
25 déformation des fibres de la bande d'âcier, dans son épaisseur, sur les
rouleaux
du four en amont de la cuve de galvanisation.
L'invention s'applique à tout revêtement métallique par trempé.
