Brevet FR2002700A1 — publié le 19691031

0501S i 2002700 la. présente invention se rapporte d'une façon générale au revêtornent d'un brin cylir.driq.ue- tel qu'un fil ou un tube, de ceuchoe rr.cta.lii que s classiques toiles eue d'al '.nini'un ou de ses alliages, de zinc ou de ses alliages, etc... 5 Les procédés de revotenient par immersion continue •>. chaud de types connus permettent d'obtenir un revêtement "exenjt d'oxyde", c'est—à-dire que ces procédés connus utilisent une diversité d'éléments de finition tels que des matrices, des rouleaux, des râcleurs, dec jets de gas et des moyens similaires qui empe-10 chent des oxydes formés sur le métal de revêtement avant l'opéra.-tion de finition de franchir le poste de finition et de rester sur l'objet revêtu. Il va de soi que la. surface d'un métal en fusion s'oxyde immédiatement après que l'objet revêtu sort du poste de finition ma.is le terme "exempt d'oxyde" se rapporte cependant à un 15 revêtement sur lequel aucune pellicule d'oxyde n'est visible lors d'un examen visuel normal. Plus spécifiquement, on sait que la surface exposée d'un bain de métal fondu de revêtement produit une couclie d'oxyde ou d'écume. Oeci est particulièrement de cas de l'aluminium où la 20 pellicule "(T^oxyde est extrêmement tenace et collante. 3n conséquence, on a cherché par le passé à mettre au point un procédé selon lequel le brin puisse être retiré du bain de métal en fusion sans entra.lner cette couche d'oxyde. Par exemple, on a décrit dans les brevets des 25 Etats-Unis d'Amérique Iî°2.S14«4-23 et 3«060.C39 un procédé .selon le-- quel un fil est sorti verticalement du bain de métal de revêtement de manière que le fil en mouvement tire le métal de revêtement en fusion sur une partie de la matrice de finition. Un fourreau d'oxyde s'étend entre le bain et la matrice tarais que le métal essen-30 tiellement pur (exempt d'oxyde) situé sous la couche d'oxyde est retiré du bain sous la forme d'un revêtement déposé sur le fil. Une opération do revêtement horizontal dans laquelle on utilise un récipient de métal en fusion comportant un dispo-sitif d'entrée etanche et des filières en sortie à tolérances ser-55 rces p;rmot de faire passer le crin dans le bain sans entrer en cortact avec la couche d'oxyde se trouvant sur la. surface du bain. 3n limitant l'étendue de la. surface de métal de revêtement exposée et en dirigeant sur cette surface un jet de &ùz non oxydant à un débit et une vitesse suffisants, on peut obtenir un revêtement 40 "exempt d'oxyde". Cependant, ce procédé n'a pas été utilisé avec bad original 69 05015 2 2002700 succès pour produire des revêtements de poids élevés (c'est à dire dont les poids sont supérieure à 9 é'/dm^ de surface pour le zinc). Cependant, dans certaines circonstances, comme pa.r exemple dans le cas du revêtement de tubes plaqués de enivre, il est 5 impossible d'utiliser des filières h tolérances serrées pour le bain de revêtement et il est nécessaire d'employer alors une technique d'in ersion dons laquelle unexcès de métal en fusion est coulé sur un tube ou brin mobile. Bien que cette technique d'immersion élimine le problème des filières à tolérances serrées, le 10 métal de revêtement en fusion est cependant exposé à l'atmosphère avant que l'opération de finition soit- exécutée, de sorte que le problème du contrôle de la. formation d'oxyde devient à'nouveau important. Comme indiqué plus haut en référence a.u procédé de revê-15 tement vertical, la seule solution connue a consisté à mettre au point un procédé pour enlever, éliminer ou retenir 1a. couche d'oxyde. l'invention, sous son aspect le plus large, est basée exac tenent sur le principe opposé, c'est à dire que l'invention consis-20 te à produire ce qu'on pourra.it appeler un revêtement à "finition à l'oxyde"i? Un revêtement à "finition à l'oxyde" est produit lorsque l'oxyde visible et relativement lourd formé sur le métal de revêtement en fusion avant et pendant l'opération de finition est déposé sur le brin pa.r le dispositif de finition. Comme indiqué plus 25 haut, ce type de revêtemènt s'était'avéré jusqu'à îHaintenant indésirable dans la. plupart des cas. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de finition d'un revêtement métallique en vue de produire un revêtement d'une épaisseur uniforme, à la, fois dans le sens longitudina.1 30 et dans le sens transversal du brin, et plus lourd que ce qu'il éta.it possible d'obtenir jusqu'à maintenant. L'invention a. également pour objet un procédé et un dispositif pour former un revêtement métallique lisse du type à "finition à l'oxyde" sur un brin métallique» 35 D'une façon générale, l'invention est caractérisée en ce qu'un brin mobile traverse un bain de métal de revêtement en fusion. A une certaine dista.nce du bain de revêtementil est prévu un jet de gaz turbulent qui exerce, une . action de. torsion de manière à briser la, couche superficielle d-'oxyde en particules très petites et 4-0 réparties uniformément. 8AD ORIGINAL 69 05015 3 2002700 Le jet ci3 c;a.z turbulent est é :a le ment utilisé pour créer un ef'ot de ba-rage ou de lame d'air en vue do contrôler la, quantité de métal ue revêtement en fur.ion qui adhère sur le brin et, par conséquent, de rc;:1er le poidc du revêtement-5 Le dispositif selon l'invention comprend une buse de production de jet qui comporte plusieurs fentes réparties radiale-aent autour de l'orifice et orientées tangent i elle rient en direction du "brin traversant la. buse. D'autres ava.nta.ges et caractéristiques de l'invention 10 seront mis en évidence da.r.s la suite de la. description, donnée à titre d'exemple non-limitatif, en référence au:: dessins annexés dans lesquels : - fig.l est une vue schématique montrant une partie d'une ligne de revêtement métallique utilisant le procédé et le 15 dispositif selon l'invention ; - fig.2 est une coupe de la. buse selon l'invention, et - fig.3 est une vue en bout d'un des composants du dispositif de 1a. fig.2, la. vue montrant la. répartition tangentielle des fentes. 20 D' une façon générale, un procédé d'immersion à cliaud d'un fil, d'un tube ou d'un produit similaire consiste à nettoyer soigneusement ou à préparer la. surfa.ee du métal de base en vue de la réception du revêtement de métal fondu. Des phases préparatoires ne font pas partie de l'invention et il va, de soi que le procédé de 25 l'invention fait intervenir un tel pré-traitement avant' que le fil n'arrive dans le bain de métal de revêtement en fusion. Les procédés de préparation utilisés industriellement à l'heure actuelle sont bien connus et ne seront pa.s, par conséquent décrits en détail dans la suite. Df#ne façon générale, ces procédés. 50 de préparation consistent à nettoyer le brin des huiles, graisses et a.utres matières similaires en le faisant passer dans un four d'oxydation dans lequel les matières carbonées sont éliminées de la surfa.ee du brin par brûlage, une trbr mince couche d'onde d'épaisseur contrôlée • étant formée sur cette surfa.ee. Le brin est ensuite 35 soumis à un traitement thermique en atmosphère réductrice de manière à enlever la couche I'oxyde précédemment formée» 3nfin, sans réexposer le fil à l'atmosphère, on le fait passer directement dans un bain du métal de revêtement en fusion» A la place du traitement décrit plus haut exécuté dans 40 un four d'oxydation, on peut utiliser un traitement de nettoyage BAD ORIGINAL 05015 4 2002700 par produits alcalins ou par d'autres produits chimiques faisant intervenir une humidification et un séchage de la surface du brin ou bien on peut employer un traitement abrasif de manière à nettoyer suffisamment 1a. surface du brin pour qu'une humidification ex-5 t rêne ment rapide et complète par le métal en fusion s'effectue dans le bain de revêtement. Sur 1a. fig.l, la brin à revêtir a été désigné par 10. Comme indiqué [précédemment, on suppose que la surface du brin a été soigneusement nettoyée par un pré-traitement approprié. Le tube 12 10 est prévu entre le four de réduction et le bain de revêtement de manière à former une atmosphère protectrice appropriée pour le brin avant son immersion dans le bain de revêtement. Le bain de revêtement est représenté schématiquement en 14. Corme cela est bien connu, ce brin de revêtement est pourvu de 15 filières d'entrée et de sortie alignées de manière à définir un parcours de déplacement pour le brin à revêtir. (Bien que les exemples représentas sur les dessins comportent un parcours de déplacement horizontal, il va de soi que l'invention est également applicable à un pa.rcours de revêtement vertical). Suivant l'invention, la 20 filière d'entrée présente des tolérances relativement serrées pour le passage du brin à revêtir en vue d'éviter une fuite excessive du métal de revêtement. Au contraire, la filière de sortie représentée en 16 sur la fig.l doit présenter un jeu considérable pour le passage du brin 25 de façon qu'un excès de métal de revêtement soit entraîné par le brin mobile. Cet excès de métal de revêtement entraîné par le brin est représenté schématiquement en 18. L'excès de métal do revêtement peut gti^e déposé de différentes manières avant que le brin ne sorte d'une filière à tolé-30 rances larges. Par exemple, le métal de revêtement en fusion peut être coulé sur le brin mobile ou bien il peut être déposé sur le ' brin en immergeant ce dernier dans une cuve contenant le métal en fusion. Le dispositif selon l'invention comprend une buse dési-35 g née par 20 et placée à. une distance assez grande en aval de la filière de sortie 16» La hu3e 20 est représentée de façon plus détaillée sur les fig.2 et 3» 211e comprend un élément femelle 22 pourvu d'un trou cylindrique 24 et d'une surface intérieure conique 26. Comme 40 indiqué sur 1a. fig.2, la. partie de'droite du trou 24 est taraudée, BAD ORIGINAL 69 0501S 3 2002700 comme indiqué en 24a. L' 'lément 22 est o 'cl3:iort pourvu dfr:i trou T "> - -s "? t» r* r~> '• ~1 - "V"ï »"■ "T'j yvj.uu\ v^k, i. ^ - l'élément mâlo ùo la ".use cet déci^ié par *0 ot eomprenu. ï j.0 J-X-Loteo p2 «Ui. / xert U.C v I 7SCr iJ.SnS J_G w'rcL de p l'élément rctnllc. L'Jlé-iut^ ;•-• cb', 34 de dicr.itrc rcJ..:i.t c^-.l ce termine par In -rurface co'~i«no 36. L'ar.-le de la surface conique 55 prévue L l'extrénité de l'é luisent na.le 30 est identique à l'an^Ls de la surface conique 26 de ï'ele-r.ert femelle 20. L'dlérîor.t mâle est pourvu d'un trou central 3C de 10 même diamètre que le trou 20 de l'élément f emolie de manière a permettre le pa.ssa.ge du brin revêtu. La. f if;. 3 montre que la surfa.ee colique 36 de l'élément mâle est pourvue de plusieurs fontes 40. Ces fontes .sont disposées de manière que leurs ares soient pratiquemont tangents à la - surface 15 externe du brin ou tube 10 revêtu. Lorsque la. buse est en service, l'élément îmle 30 est visse dans l'élément femelle 20. Cette disposition permet de prévoir un orifice annulaire 42 réglable en forme de fente. La. zone située entre le trou 24 de l'élément femelle et la partie 34 dé 20 diamètre réduit de l'élément mâle constituent en fait une chambre qui est alimentée en gaz de traitement- appropria par l'intermédiaire du tube 44» Du. fait du positionnement angulaire des fentes 40, la. buse selon l'invention produit un jet en spirale qui agit sur l'excès de notai de revêtement porté par le brin 10. 25 3ien que l'invention ne repose pas Pur une théorie, on suppose que le jet en spirale a un double effet sur le méta.l de revêtement en fne ion. Un premier lieu, suppose que le jet crée un effet de ^arra^e ou une action de lame d'air qui empêclie l'excès de méta.l en fusion de pa.sser au travers de la buse. Cette action est 30 similaire à celle d'un, râcleur classique à jet ou lame d'air. La seconde caractéristique ou effet de ce jet en spirale est supposé diffère?? sensiblement de la pratique courante, c'est à dire que, comme indiqué plus haut, l'excès do métal en fusion se trouvent s\ir le brin forme rapidement une pellicule d'oxyde connue 3t sous le ^om le- "envoloppe d'oxyde". Avec une buse classique à jet cor cent noue pour laquelle on utilise des pressions suffisamment -levees eô qui est suffisamment rapprochée de 1" filière do sortie aa *c-n — vêtement, il est possible de retenir cette enveloppe d'ox/uo en meme temps que-la majeure partie. i 1" BAD OR1G1NAI 69 05015 2002700 métallique "exempt l'oxyde" et relativer.ent léger. Du fait qu'on cherche à produire un revêtement as-'-ec lourd, le jet classique a c.rire une rupture lut omit-: ente de l'enveloppe d'oxyde en donnant un fini d'aspect déea.gréable et un_-re vêtement r.on-uniforne. 5 habituellement, lorsqu'un segment ou un anneau d'oxyde ce rompt, l'épaicceur de la partie de revêtement qui suit immédiatement l'anneau rompu est bien inférieure à la normale» On enregistre également une tendance périodique à une formation d'une enveloppe d'oxyde complète entre le bain de revêtement et la. buse, cette envelop-10 pe étant ensuite rompue et pa.ssa.nt complètement au travers de 1a. buse sur le tube» On suppose que le jet de gaz tourbillonnant selon l'invention permet d'éliminer ces inconvénients en établissant une a.ction de turbulence qui provoque une désagrégation continue de l'enveloppe d'oxyde entres petits segments ou. particules.qui res-15 tent sur le revêtement. En conséquence, l'invention constitue la-première application satisfaisante d'un revêtement avec "finition à l'oxyde". L'oxyde formé en amont du dispositif de finition, est formé intentionnellement et en permanence sur le produit fini d'une manière contrôlée. 20 On a également trouvé que le procédé et le dispositif se lon l'invention permettent de réaliser des revêtements bien plus lourds sur un brin horizontal sans qu'il se produise de réduction a.ppréciable d'épaisseur du métal de revêtement par rapport au. brin» Cette excellente uniformité transversale de revêtement est supposée 25 être imputable en partie à" la. redistribution du métal de revêtement provoquée par l'action de turbulence du jet, en partie à l'action de refroidissement du jet et or. partie au fini de 1a. pellicule d'oxyde qui a tendance à supporter 1a, couche de rétal en fusion jusqu'à solidification complète lors d'une trempe à l'eau ultérieure. 30 Dans un exemple d'utilisation d'une buse selon l'invention pour le traitement du revêtement d'un tube de 9 mm de diamètre extérieur, on a utilisé la buse suivante : diamètre des orifices 28 et 33 : 15 mm ; angle des surfaces coniques 26 et 36 par rapport au tube 10 à revêtir : 82° ; on a. prévu huit fortes 4-0 dans la surfa.ee 33 conique 36, chaque fente ayant une largeur de 1,6 nn et une profondeur de 1,6 mm et étant tangente à un cercle de 9 mm centré dans le trou (le sens de l'action de turbulence est sans importance). Comme indiqué plus haut, la liaison filetée entre les éléments femelle 20 et mâle 30 permet d'obtenir une fente snnùtla.ire 4-0 42 réglable. On a. trouvé que cette fente annulaire était utile pour SAD ORIGINAL 69 05015 r"7 / 2002700 réduire au minimum las écla.boussures de natal de revêtement aux basses vitesses» Cependant, à des vitesses de l'ordre de 15 mètres par minute et plus, on obtient un meilleur fonctionnement lorsque la, fente annulaire est obturée en vissant l1 élément mâle 30 dans 5 l'élément femelle jusqu'à ce qu'il y ait contact entre les parties terminales. De l'air préchauffé, de la vapeur surchauffés ou d'autres gaz oxydants sont utilisés avantageusement comme agent de raclage puisque D'oxyde produit sur le revêtement s'oppose efficacement à 10 son fluage. On peut utiliser d'autres gaz tels que l'azote et l'argon. La. pression de stabilisation peut varier entre 0,035 et 0,20 kg/cm^ et constitue l'élément de base pour contrôler le poids du revêtement sur le produit. Cn a trouvé que le procédé et le 15 dispositif selon l'invention, opérant horizontalement et en utilisant la plage de pressions précitées, permettent d'obtenir de façon satisfa.isante des poids de revêtement compris entre 3 et 1S g/dm de surface de brin sans fluage notable du métal du revêtement. On a. mis en évidence schcmatiquement sur la fig.l l'action 20 de la buse produisant le jet sui? l'excès de revêtement. L'excès de métal de revêterent séparé du brin est renvoyé dans un réservoir 46. La matière est ensuite canalisée à l'aide de la. pompe 48 jusqu'au bain de revêtement 14» Lien entendu, la présente invention n'eût pa.s limitée au mode de réalisation décrit et représenté mais en couvre au contraire toutss les variantes. 69 05015 8 2002700 -2E73ïïi)IJi? I 0 I; £ - 1. Procédé pour former de 'façon continue un revêtement métallique, suivent lequel on nettoie soigneusement la. surfa.ee du 5 brin à revêtir, on fait passer le brin dans un bain de métal en fusion et or. ac.-ure le finition du dépôt de met cl adhérant sur le brin, ce procédé étant caractérisé en ce qu'or assure la. formation d'une couche d'oxyde sur lo revêtement de métal en fusion adhérant sur le brin , §n brise la. couche d'oxyde en petites particules 10 réparties uniformément et on fait solidifier le revêtement. 2. ^Procédé suivant la. revendication 1, ca.ra.ctérisé en ce qu'on dirige un jet do gas tourbillonnant sur le dit revêtement de métal en fusion recouvert d'oxyde. 3« Procédé suivant la. revendication 2, caractérisé en ce 15 que le jet utilise un gaz oxydant. 4-. Procédé suivant J.a revendication.... 2 ou 3, caractérisé en ce que le jet gazeux utilise de l'air. 5. Procédé pour produire des revêtements métalliques lourds suivant 1a. revendication 1, caractérisé en ce qu'on nettoie 1a, sur- 20 face du brin à revêtir, on fait passer le brin par l'intermédiaire d'un orifice rétréci dans un bain de métal de revêteœnt en fusion, on retire le brin du bain sans qu'il passe par un orifice rétréci de manière que le brin entraine un excès de métal de revêtement en fusion, on assure la. formation d'une couche d'oxyde sur le revête-25 ment adhérant sur le brin et on effectue la. finition du revêtement sans enlever la couche d'oxyde» 6. Procédé suivant la. revendication 5» caractérisé en ce que la phase de finition fait intervenir une rupture pneumatique de la couche d'oxyde en petites parties uniformément distribuées 30 puis une solidification ultérieure du dit revêtement. 7. Procédé suivant la. revendication '5, caractérisé en ce que la pha.se de f inition du revêtement consiste à diriger lui jet de gaz tourbillonnant sur le revêtement de métal en fusion recouvert d'oxyde puis à faire solidifier le revêtement. 35 5. 2use pour assurer la. finition d'un revêtement de métal en fusion sur un brin, caractérisée en ce qu'elle comprend un corps pourvu d'un orifice délimitant un parcours de déplacement du brin, des passages ménagés dans le corps de manière à déboucher dans le dit orifice et ù être orientés tangentiellement à la. surface du. ' 4-0 brin ainsi que des moyens pour alimenter le dit passage en gaz sous BAD ORIGINAL 69 05015 9 2002700 pression. 9. 2use c•.vivent la ro vend icat ici,. C, carcctoricéu en ce que les dits pas ,:agec c^rt orientés ù eonl;rc-u'~"irurt y^z: rapport au;: mouvements Iu brio-i. 5 1C. Buse suivant la. revuirlicatioi-. C, caractérisée e:: ce qu'elle comprend un premier clé vont pourvu d'un avidement, un second élénent engagé au moins partiullement dans l'ovide ~er_t du pronier élevant, les dits premier et second élénsntc délimitant entre eux une eiiarfore de stabilisation, unu source de fluide sous pres-10 sion communiquant avec la evamure de stabilisation et au moins un passage communiquant avec la dite chambre et agencé pour diriger un jet de fluide cous pression tangentiellcment à la. surface du brin. 11. Duse suivant la re ,-cndica.tion 10, caractérisée en ca qu'il est prévu plusieurs pa.s-agus répartis radialement à interval- 15 les égaur autour du brin. 12. Dispositif pour assurer la finition d'un brin revêtu d'une couclie de métal, caractérisé on ce qu'il comprend une source do fluide sous pression, une. buse communiquant avec la. dite source et comportant un orifice de passage du brin et au moins un passage 20 néna,gé dans 1a, tuse de manière à diriger lo fluide sous pression tangent ie lie ment à la surface du brin. 13. Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce qu'il est prévu plusieurs passages répartis radialement à intervalles égau;-: autour du dit brin. 25 14. Dispositif suivant^la revendication 12, caractérise en ce qu'il est prévu un pasrage annulaire pour diriger le fluide sous pression sur 1e dit brin. 15-. Dispositif suivant l'une des revendications 12 à 14, caractérisé- en ce qu'il comprend un b^,in de métal de revêtement en 30 fusion et une filière de sortie du bain, la dite filière de sortie permettant le pawe.^e du brin avec an jeu important de manière que le ùrin. entraîne Ui_ o^ic^s u.o irVv^'.a..±. ixu «_#a._.n. 16. Dispositif suivant la revendicatior 15, caractérisé en ce que la. buse de production de jot est écartée do la filière de 35 sortie d'une distance suffisante pour permettre la formation d'une couche d'c::yde sur lo métal de revoteront en fu"ion er'-rnîiié _$-.art, il* eu - ui^i pct-i. lo u.it brin. / \ BAD ORIGINAL