Brevet FR2155790A1 — publié le 19730525

Le secteur technique de l'invention est celui des traitements de surfacé des métaux. L'invention concerne plus précisément le revêtement en continu de tôles métalliques, par trempage à chaud, en vue de l'obtention d'une couche uniforme d'alliage résultant de l'atta- que du métal à protéger par un métal protecteur ou de la diftu- sion de ce dernier dans ledit métal à protéger. Lors du trempage d'une bande d'acier dans un bain de zinc fondu et maintenu habituellement à des températures voisines de 450 C il se forme sur la bande une mince couche d'alliages fer-zinc, intermédiaire entre le fer sous-Jacent et le zinc apparaissant à l'extérieur. L'épaisseur de cette couche est variable selon le mode opératoire choisi et ne dépasse pas en général 20 à 30% de l'épaisseur totale du revietement. De façon classique, llessorage effectué sur ce produit pour régulariser l'épaisseur de la couche de revêtement, soit par des rouleaux entre lesquels passe la bande revêtue, soit par Jets gazeux dirigés sur cette couche, n'atteint pas la sous-couche d'alliages. Cette dernière est essentiellement irrégulière et elle serait insuffisante, à elle seule, à assurer une protection efficace de la tale. Dans ces conditions, un essorage total de la couche de zinc conduirait à un produit recouvert certes d'alliages, mais d'une qualité inacceptable, par manque d'épaisseur suffisante et par irrégularité de la couche restante d'alliages. Lors de l'aluminiage de bandes acier, pour obtenir une couche d'aluminium d'épaisseur normale, il est nécessaire de les faire passer dans un bain d'aluminium à 7000C environ lorsque ce métal est pur ou à 690 C environ si l'aluminium contient un peu de silicium destiné à la fois à limiter 11 épaisseur d'une couche d'alliages fragile et ltempoisonnement du bain d'aluminium par 11 alliage fer-aluminium. Pour la fabrication en continu de tales aluminiéss de. @@@@@ @@@@@@ rouleaux essoreurs peuvent être prévus mais les vitesses de bandes sont très inférieures à celle que l'on peut pratiquer en galvanisation. Ces rouleaux sont d'ailleurs difficilement remplaçables par des Jets d'essuyage utilisant un fluide dont le chauffage est fait à température relativement basse, égale ou inférieure à 500C, un refroidissement trop rapide de la bande aboutissant à un revêtement d'aluminium très mauvais. Dans le cas de la galvanisation, il est connu d'obtenir des revEtements alliage fer-zinc par chauffage supplémentaire des tôles galvanisées. C'est ainsi qu'on peut recuire ces tales en les exposant à un rechauffage à la sortie du bain et avant solidification du revtement, soit sous l'action d'un rayonnement issu de panneaux équipés de bradeurs radiants ou d'éléments chauffants électriques, soit en chauffant le métal de la bande, notamment l'acier, par induction. On sait aussi produire une couche d'alliages suffisamment épaisse par prolongation du séjour de la bande dans un bain de zinc porté à une température poussée aux environs de 500 à 530e C, C, l'excédent de zinc étant essuyé à la sortie du bain. Dans l'ensemble de ces procédés, l'obtention des températures de formation et de contrôle de la constitution des alliages est délicate car l'apport de chaleur aux bandes en mouvement ne peut pas titre assez intensif, ce qui entrain l'obligation d'augmenter les temps de traitement. Par ailleurs, les souplesses de réglage, qu'il s'vagisse de modifier l'épaisseur de la couche d'alliages produite, la constitution de ces alliages ou de façon plus élémentaire la compensation des modifications de vitesse de défilement de bandes ou de variations dimensionnelles de cette dernière, notamment d'épaisseur, sont faibles. Enfin, la mise en oeuvre de ces procédés connus occasionne une majoration non négligeable du cott des opérations de revêtement , entrain des installations onéreuses en investissements et entretien. La présente invention a notamment pour but de pallier de tels inconvénients en permettant la production en continu de tôles revêtues d'alliages dans toutes les gammes de température où ces alliages existent et présentent un intérêt, avec un agencement simple, économique et d'utilisation très souple. L'invention comprend à cet effet un procédé de fabrication d'un revêtement d'alliages sur l'une au moins des faces d'une feuille métallique ou tôle, en défilement continu, ayant traversé un bain de métal de recouvrement, caractérisé par le fait qu'on dirige sur une telle bande sortant dudit bain un jet gazeux généralement plan, porté à une haute température telle que la température résultante atteinte sur la bande soit comprise entre la température de fusion du revêtement et la température de fusion de la matière de la bande et de façon particulière proche de la valeur optimale de formation desdits alliages. Un tel procédé est applicable aussi bien au cas de la galvanisation qu'a' celui de l'aluminiage des tôles d'acier notamment. D'autres revêtements de bandes métalliques peuvent également être obtenus qui nécessitent des températures élevées à l'essorage, par fluides compressibles offrant des températures élevées. Ces températures élevées sont de préférence obtenues par production in situ d'un gaz actif porté à de hautes températures au moyen de brûleurs intensifs dont les gaz de combustion sont mélangés dans un caisson à un gaz d'appoint sous pression, l'ensemble étant débité par un aJutage dont ledit caisson est pourvu sous forme d'une lame fluide éjectée en direction de la bande en mouvement et transversalement i cette dernière. Une telle lame fluide est ainsi formée, à la température qui permet d'atteindre celle convenant au traitement au lieu d'utilisation, à l'intérieur d'une rampe d'inJection, laquelle peut avantageusement être alimentée en fluides froids exclusivement, ou avec un fluide d'appoint préchauffé de toute façon voulue, sous l'action de brûleurs, par mélange ou non, ou sous forme de vapeur sous pression. L'invention comprend aussi des dispositifs permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé, caractérisés par une rampe constituant une chambre de mélange, à laquelle sont associés des caissons d'admission et de répartition d'un fluide gazeux d'appoint froid ou non, des blocs de brûleurs à combustion intensive et un dispositif aérodynamique d'éjection de fluide gazeux actif résultant,en forme de fente. Elle comprend aussi les produits obtenus par application au traitement en cause. On aboutit ainsi à un agencement dont les réglages scnt aussi aisés pour ce qui concerne les débits et les températures qu'ils le sont en distance et direction vis-à-vis ae la bande en défilement, parachevant la couche d'alliages de revêtement en nature et épaisseur et éliminant en mtme temps tout surplus de métal de revêtement non entré en alliage. La description qui va suivre d'un exemple non limitatif de O flfl d'exécution d'un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un tel procéd fera bien comprendre comment l'invention peut entre mis- on pratique. La figl1 représente en coupe transversale une rampe d'élaboration et d'é@ection d'un fluide gazeux à haute température d'@ssorage et de traitement thermique dr recouvrement d'une bande en défilement. La fi.2 montre en perspective l'agencement de fiva- tion des lèvres limitant la fente. Le dispositif représente constitue une rampe formée de trois parties principales, à savoir un caisson 1, au moins un bloc de brûleurs 2 d'un côté dudit caisson et, à l'opposé, un ajutage d'éjection 3 pour le fluide actif. Ce caisson 1 constitue une poutre prismatique aui sert de support pour l'ensmble de l'installation. Ce caisson est ali menté aux emplacements voulus et de préférence dans son plan- de symétrie par les gaz brûlés qui sortent à haute température de tunnels de combustion 4 de blocs de brûleurs intensifs, et en gaz d'appoint de part et d'autre desdits tunnels grâce à deux caissons 5 et 6. Le caisson suDérieur 5 est relié par une série de tubulures 7 à une rampe d'alimentation non représentée, aui est ellemême alimentée par un compresseur d'air. Le caisson 6 opposé apparraisant à la partie basse est symétriaue du caisson 5 et est alimenté de me par des tubulures non représentées. Chacun des caissons 5 et 6 présente un système de répartition et un système d'orientation du flux de fluides, système comprenant des orifices ou des fents Sa, 6a aui s'ouvrent dans une chambre de mélange 8 inférieure au caisson 1. De cette facon, dans la chambre 8, les gas de combustion se mélangent intimement aux gaz froids nrovenant des caissons 5, 6. Ce gaz froid est en général de l'air comprimé. Toutefois, on peut aussi envisager d'utiliser de la vapeur d'eau amenec dans l'un des caissons ou dans les deux. De plus, ce ou ces fluides d'appoint considérés comme froids peuvent être préchauffés en tout emplacement et par tous moyens voulus si cela est nécessaire, par échange ou mélange, notamment avec des gaz de combustion en provenance d'autres brQleurs. En ce qui concerne la construction, il est possible de la réaliser au moyen de tales convenablement pliées et soudées. La fixation des lèvres 5 sur l'extrémité resserrée du caisson 1 est assurée avec l'interposition de contre-lèvres 9 destinées à permettre l'exercice de dilatation différentielles. Ces lèvres et contre-lèvres font apparaître entre elles une fente profilée 10 d'éJection du fluide auxiliaire élaboré dans la chambre 8. Cette fente 10 d'allure rectiligne peut offrir un profilage uniforme sur toute sa largeur ou au contraire varier. Le profil longitudi- nal de fente peut aussi autre régulier ou variable transversalement, le tout pour assurer la formation d'un jet en forme de lame plane homogène, notamment. Les blocs brûleurs 2 sont alimentés en gaz comdustibles prémélangés à de l'air comburant par le moyen de tubulures flexibles 11 qui alimentent un distributeur de répartition 12 lequel est relié a' plusieurs becs de combustion 1D. L'alimentation de, chacun des becs 13 est munie d'un pointeau 14 d'équilibrage, réglable de l'extérieur et en regard de chaque bec apparat une bougie 15 d'allumage électrique. Chaque bec 13 est placé face à un tunnel 4 réfractaire avec interposition a'une douille de raccordement. Chaque bloc brûleur 2 est rapporté de façon étanche sur la face arrière de la poutre formée par le caisson 1 et comporte de cinq à dix becs brûleurs 13. Un ensemble ainsi constitué, très compact, est placé au-dessus dtune cuve contenant le métal de recouvrement, du zinc, par exemple, que traverse la tôle à traiter. Son montage réglable en position par rapport a' des supports, le rend mobile en situation verticale, en position horizontale ainsi qu'en orientation, de manière à permettre de déterminer la distance parcourue par le jet pour atteindre la bande en défilement, l'incidence de ce jet sur la bande et la distance entre le point de sortie de cette dernière du bain, à la surface de celui-ci, et ' impact du jet. Les réglages de température et de pression sont obtenus par action sur les débits des brûleurs et ceux du ou des fluides d'appoint, qui peuvent être froids ou être considérés comme tels par rapport au gaz de combustion sortant des brûleurs. Tous ces réglages peuvent être manuels ou automatiques en fonction de la connaissance des lois qui relient la nature de l'alliage à produire aux différents paramètres de fonctionnement ainsi que fonction d'une mesure pratiquée en continu des pressions et températures régnant dans la fente d'éjection 10. Compte tenu de la chaleur développée dans la chambre 8, ltensemble du caisson 1 présente une tendance poussée à la déformation, d'autant plus que sa partie arrière est froide, sous l'effet de l'alimentation par les fluides en cause, ce qui constitue par ailleurs un avantager important facilitant l'installation, l'entretien et le fonctionnement. Pour pallier ces phénomèncs de dilatation en limitant leur incidence sur le profilage de la fente, le caisson 1 est, comme on le voit sur la figure 2, avantageusement divisé sur sa largeur par des séries de fentes 16 ouvertes du côté chaud mais recouvertes par des couvre-joints 17 coulissants qui assurent 11é- tanczéité. un prévoit ces fentes lo en largeur et nombre sufpisants, afin de rendre négligeable lesdites déformations différentielles. enfin, la longueur globale de l'ensemble est maintenue par l'ac- tion de tirants 18 encadrant les porte-lèvres 9et réunissent butées latérales 19 qui obligent les dilatations a se produire au bénéfice des espaces créés par les fentes 16. Un tel agencement permet d'éviter les déformations ou cintrages de l'ensemble support des lèvres, ces dernières étant libres de se dilater en longueur, par rapport à leur support. Un tel traitement est avantageusement appliqué sur une bande de tôle à la sortie du bain de métal de revêtement chaud. Dans le cas du zinc,ce traitement a pour résultat d'aceroître la quantité d'alliage formée à la surface de la tôle et d'essuyer en même temps en totalité le zinc non allié à un point tel qu'un essorage préalable n'est plus nécessaire. La température des gaz à l'éjection, réglable à volonté et sans délai jusqu'à des valeurs pouvant avoisiner 1.000 C, atteint un niveau qui est nécessaire d'une part à compenser la baisse de température due à la dilution de la lame éjectée par l'air ambiant entraîné et conserver d'autre part à l'impact, sur la tôle recouverte,un taux intensifié d'échange avec la bande qui doit être portée le plus vite possible à la température optimale de formation des alliages. Cette température, inférieure à la température de fusion du métal support, est fonction de la nature des alliages désirés tout en étant notablement supérieure à la température de fusion du métal de recouvrement. In a été établai expérimentalement, dans le cas de l'exemple du fer et du zinc, que la formation rapide de tels alliages fer-zine estd une vitesse de formation optimale au environs de 500 C. Pour cette température, l'état stable final le plus fréquent correspond à la formation, en succession, des couches ci-après : zinc saturé en fer, une couche #, une couche une couche @ et une eouene de sol@tion solide &alpha; saturé de zine. @ sehémas de formatien des alliages peurvent être envisagés et conduire par @kemple a la disparition d'une cenche fragile @u @neore au développement préférentiel d'une eouche déten- minée. Ces phénomènes sont contrôlés par un esrtain nombre de faeteurs parmi lesquels en peut distinguer la vitesse de mise en température et le niveau de température qui sont des plus importants. Il convient de rappeler en outre, toutefois que l'ordre de formation des eouch@s au-dessus de530 C n'a pas encore été vérifié expérimentalement, mais que ceci semble d'importance moindre, sur les applications ici prévues. Comme la mise en oeuvre de ce procédé de traitement permet d'importantes variations des paramètres principaux régissant les échanges thermiques entre fluide actif éJecté et bande en cours de traitement, e dispose ainsi de possiblités efficaces de réglage sur l'épaisseur, la vitesse de formation et les propriétés physico-chimique du revêtement d'alliage subsistant après élimination du métal de recouvrement proprement dit. S'agissant d'aluminiage, le même procédé permet l'ob- tention de bons revêtements réguliers, exécutés à grande vitesse. Par surchauffe de la bande d'acier en même temps qu'on l'essore, est produite une couche d'alliage fer-aluminium très mince, sans excès d'aluminium, avec une température des gaz éjectés du même ordre de grandeur qui pour l'application de zinc, mais au prix de l'adoption d'une vitesse de défilement de bande un peu réduite pour y développer des températures suffisamment élevées (700 C) Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'invention, on peut apporter des modifications aux appareillages et au procédé qui viennent d'être ci-dessus décrits. Bien que s'y adressant plus partioulièrement, l'invention n'est pas limitée aux substanees cités, acier pour la bande à recouvin rt aluminium ou zinc pour le métal de recouvrement formateur de l'alliage. L'invention comprend bien entendu les produits ainsi obtenus. - REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un revêtement d'alliage sur l'une au moins des faces d'une feuille métallique en défilement continu ayant traversé un bain de métal de recouvrement, caractérisé par le fait qu'on dirige sur une telle bande sortant dudit bain un Jet gazeux plan porté a' une haute température telle que la température résultante à l'impact sur la bande soit comprise entre la température de fusion du revttement et celle de la matière de ladite bande. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que s'agissant d'un métal à base de fer comme l'acier pour la bande et d'un métal à base de zinc pour le recouvrement, la température à 11 impact est de l'ordre de 5000C en correspondance avec la zone de températures de formation optimale des alliages fer-zinc. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que s'agissant d'un métal a base de fer et notamment l'acier pour la bande et d'un métal a' base d'aluminium pour le recouvrement, la température a' l'impact du jet sur la bande est d'environ 7000C pour une vitesse de défilement de bande inférieure à celle qui correspond au cas du zinc. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 > caractérisé par le fait que le jet gazeux en forme de nappe résulte du mélange in situ des gaz de combustion de batteries de brûleurs et d'un gaz d'appoint, généralement de l'air, comprimé, dans un caisson comportant également une chambre de mélange avec éjection sous forme de lame sur la largeur de la bande recouverte, la marche des brûleurs étant réglable individuellement ainsi que les pression et débit de fluide d'appoint, séparément. 5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les fluides comburants, combustibles et d'appoint sont amenés froides audit caisson. 6.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fluide d'appoint est amené audit caisson après préchauffage réglable en température. Dispositif permettant la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu1l comporte une rampe formant caisson prismatique, dans laquelle apparaît une chambre de mélange associée latéralement à des distributeurs d'aamission et de répartition d'un fluide gazeux d'appoint, d'un côté au moins un bloc de brû- leurs à combustion intensive et à l'opposé un système aérodynamique à fente d'éJection du fluide gazeux actif, système constitué de lèvres qui débitent une lame dirigée sur la brnde recouverte en défilement, le profil transversal, longitudinal, ou les deux, de ladite fente étant uniformes. W dispositif selon a revendication 7, caractérisé par le fait que les profilages trallsversau-, longitudinaux ou les deux à la fois de ladite fente sont variés. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que le système aérodynamique comprend une paire de lèvres rapportée sur des porte-lèvres solidaires des parois de caissons, ces dernières au moins étant munies de fentes transversales pourvues de recouvremZnts étanches coulissants, ces porte-lèvres étant maintenus par tirants extérieurs longitudinaux qui, avec des plaques de maintien où lesdits tirants se trouvent attachés, les entourent. 10.- Produits obtenus par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à E, notamment à l'aide de dispositifs selon l'une quelconque des revendications 7 à 9 et plus singulièrement les tôles d'acier recouvertes d'alliages fer-zinc et fer-aluminium.