Brevet FR2560219A1 — publié le 19850830

La présente invention est relative à la fabrication de tales d'acier revêtues à chaud. I1 est connu que les tôles d'acier destinées à l'industrie du bâtiment et à l'équipement domestique subissent généralement un traitement destiné à en améliorer les caractéristiques physico-chimiques, telles que leur résistance à la corrosion, notamment. Un tel traitement est fréquemment réalisé en mettant en oeuvre un procédé qui prévoit, après une preparation chimique et/ou physique de la telle, une étape d'enduction de cette dernière. On utilise en général une installation comportant essentiellement un bain d'un ou plusieurs matériaux maintenus à l'état liquide, dans lequel la telle est amenée à passer, après une préparation thermique adaptée. Pour une qualité de tôle déterminée, les propriétés du produit finalement obtenu sont fonction, notamment, de la qualité du dépôt effectué dans la zone d'enduction, ainsi que des traitements chimiques et/ou physiques auxquels la tôle doit être soumise, à sa sortie du bain d'enduction. L'invention se propose d'améliorer la résistance à la corrosion et/ou les propriétés mécaniques du dépôt réalisé dans le bain d'enduction, sans altérer celles de la telle servant de support au matériau de revêtement. A cet effet, l'invention concerne un procédé selon lequel on modifie la composition chimique de la couche de revêtement de la tôle en y faisant diffuser des éléments d'addition solides déposés à la surface de la couche du revêtement encore à l'étant liquide, ce dépôt étant réalisé en faisant circuler la bande revêtue dans un milieu dispersé dense de particules solides fines des éléments d'addition, généré à l'aide d'un lit fluidisé, la diffusion étant obtenue en maintenant le revêtement à l'état liquide. Les éléments d'addition solides diffusés dans le revêtement de la tôle (qui peuvent être tout produit métallique ou métalloide), sont choisis en fonction des caractéristiques physico-chimiques et des améliorations que ces éléments peuvent apporter à la tôle de base, en formant une solution dans le milieu qui constitue le revêtement ou un alliage avec ce revêtement. Selon l'invention, les éléments d'addition peuvent être, par exemple, du nickel, de l'aluminium -si l'on veut obtenir une amélioration de la tenue à la corrosion-, du fer -si l'on recherche une amélioration de la soudabilité des tôles galvanisées en favorisant la formation d'alliages fer-zinc - , ou des composés de fer en couche superficielle -si l'on veut réaliser l'adaptation,à des unités de -traitement de surface existantes, de la surface du revêtement de zinc d'une tôle, par l'addition de tels composés. Selon une autre caractéristique de ce procédé, la concentration en parti cules dudit milieu dispersé est régulée en fonction des caractéristiques de la tôle revêtue à traiter et des caractéristiques physico-chimiques recherchées après le traitement de diffusion, cette régulation étant obtenue en faisant varier le débit du gaz de fluidisation et/ou le débit des particules dans le lit fluidisé. L'invention vise également un dispositif pour la mise en oeuvre du pro cédé précisé ci-dessus. Ce dispositif est caractérisé essentiellement en ce qu'il comprend une enceinte de diffusion dans laquelle la tôle revêtue pénètre immédiatement après l'étape d'enduction et celle d'essorage, cette enceinte, qui contient deux lits fluidisés plans constituant le milieu dispersé de particules des éléments d'addition à diffuser dans la tôle, dont la longueur excède légèrement la largeur de la tôle, situés de part et d'autre du plan constitué par la tôle, comprenant des faces latérales isolant son atmosphère du milieu ambiant, et des faces supérieure et inférieure comportant une fente pour le passage de la tôle revetue, tout en assurant une perte de charge suffisante pour laisser pénétrer dans ladite enceinte une quantité minimale de l'atmosphère ambiante, les parois de ladite enceinte orientant le milieu dispersé vers la tôle revêtue, pour que celle-ci soit baignée dans une atmosphère saturée des particules solides à diffuser. Selon l'invention, les lits fluidisés comportent, en partie inférieure, un caisson alimenté par un gaz de fluidisation (gaz neutre, préchauffé ou non). La partie supérieure dudit caisson est limitée par une tôle poreuse ou une grille de fluidisation qui sépare le caisson des matériaux du lit.Le lit fluidisé comporte des grosses particules pour former un lit fluide stable, et des particules fines de l'élément à diffuser dans le revêtement liquide de la tôle, ces particules fines étant renouvelées à l'aide d'un système d'alimentation et constituant le lit entraîne Selon une autre caractéristique de cette invention, le dispositif comporte une enceinte secondaire, dite enceinte de déconcentration, placée à la sortie de l'enceinte de diffusion, dans laquelle les particules, par suite de la décrois sance brutale de la vitesse du gaz porteur, tendent à sédimenter, et le gaz en contact avec la bande tend à s'appauvrir en particules, D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence au dessin annexé, qui en illustre un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur le dessin: - la Figure 1 est un dessin schématique représentant un dispositif selon l'invention en coupe verticale ; et, - la Figure 2 est un schéma illustrant la diffusion de l'élément d'addition solide dans le revêtement de la tôle. Comme on l'a précisé ci-dessus, t procédé objet de cette invention consiste essentiellement à faire diffuser, dans la couche liquide de la bande revêtue, des éléments d'addition déposés sur cette couche par passage de la bande dans un lit fluidisé, constitué à partir de fines particules desdits éléments. La cinétique de la diffusion des éléments d'addition dans la couche liquide est fonction de la viscosité de cette couche, de sa composition, de la concentration en éléments d'addition de l'atmosphère traversée, et de la température tôle -revêtement - atmosphère, et des barrières d'oxydes pouvant se créer en superficie du revêtement. Le dispositif selon cette invention comprend essentiellement une enceinte de diffusion 10, contenant deux lits fluidisés plans 12, 12, situés de part et d'autre du plan vertical constitué par la tôle revêtue T, et dont la longueur excède légèrement la largeur de la tôle T, cette enceinte de diffusion 10 comportant des faces latérales réalisées à l'aide de tôles isolées thermiquement ou non, permettant d'isoler l'atmosphère de l'enceinte de diffusion du milieu ambiant.Sur ses parties supérieure et inférieure, le dispositif est fermé par des parois horizontales, constituées de tôles éventuellement isolées, qui comportent respectivement une fente telle que 14, pour le passage de la tôle T, tout en laissant une perte de charge suffisante pour qu'une quantité minimale de l'atmosphère ambiante pénètre par entrainement, en raison du déplacement de la tôle T, ou par diffusion à l'intérieur de l'enceinte 10. La tôle enduite T, provenant du bain métallique B (qui contient, par exemple, du zinc fondu, maintenu à une température de l'ordre de 460"C), pénètre dans l'enceinte de diffusion 10 immédiatement après son essorage E, E', réalisé par rouleaux, lames gazeuses, etc. Comme représenté sur le dessin, l'équipement d'essorage par lames gazeuses E' peut constituer l'élément inférieur de l'enceinte de diffusion, le rideau gazeux ainsi réalisé permettant d'accroître la perte de charge, en vue de maintenir l'enceinte de diffusion en légère surpression. A leur partie inférieure, chaque lit fluidisé 12 de l'enceinte de diffusion comporte un caisson 16, alimenté par un gaz neutre G. tel que l'Azote, l'Argon, préchauffé ou non, et distribué de façon homogène dans le caisson. Ce dernier, est surmonté d'un lit fluidisé réalisé à partir de particules de granulométries très différentes a) des particules plus grosses, formant un lit fluidisé stable 18 b) des particules plus fines, constituées par le ou les éléments d'addition devant être diffusés dans le revêtement liquide de la bande, et qui cons tituent un milieu dispersé dense dans l'enceinte de diffusion, ces parti cules étant renouvelables par une-ou plusieurs alimentations continues P, débouchant dans ou au-dessus des lits fluidisés 18. La partie supérieure du caisson 16 est limitée par une tôle poreuse ou une grille de fluidisation 22, dont la porosité est déterminée de façon à obtenir une vitesse des gaz, à la sortie de cette grille, telle que les particules les ./20) plus-fines du lit 12, situé au-dessus de la grille, soient entrainées/alórs que les particules plus grosses restent maintenues à l'état de fluidisation. On obtient ainsi un milieu dispersé dense, constitué par le gaz porteur et les particules solides fines des éléments à diffuser, au-dessus du lit de particules plus grosses, ce milieu dispersé, homogène en température, granulométrie et vitesse, étant maintenu en l'état par une géométrie appropriée de l'enceinte de diffusion 10. Comme on le voit sur la Figure 1, les parois 24 de cette enceinte de diffusion orientent le milieu dispersé en direction de la tôle revêtue T, qui se trouve alors baignée en permanence dans une atmosphère saturée des particules solides que l'on veut faire diffuser dans le revêtement de métal liquide de la tôle. L'atmosphère constituée par ce milieu dispersé tend à être en trainée par la tôle T en déplacement, ce phénomène étant favorisé par la partie prolongée 10' de l'enceinte de diffusion, qui permet d'accroître le temps de séjour et de contact bande-atmosphère saturée en particules des éléments à faire diffuser dans le revêtement liquide. Le dispositif comporte en outre une enceinte secondaire 26, dite enceinte de déconcentration, dans laquelle est r-ecueilli le milieu dispersé à sa sortie de l'enceinte de diffusion 10, 10'. Dans cette enceinte 26, en raison de la diminution brutale de la vitesse du gaz porteur, les particules du milieu dispersé tendent à sédimenter en 28, et le gaz en contact avec la bande tend à s'appauvrir en particules. Ce phénomène est mis à profit pour récupérer et recycler, directement ou indirectement, les particules solides qui avaient été mises en suspension, et pour limiter le dépôt sur la bande. L'enceinte de déconcentration 26 comporte un ou plusieurs orifices d'extraction des poudres sédimentées.Cette enceinte est maintenue en légère surpression, et le gaz porteur est évacué vers l'atmosphère ou repris par des orifices tels que 30, qui peuvent être situés soit au-dessus de l'enceinte, soit dans cette enceinte. Le gaz ainsi repris est épuré en passant par un système de filtres, et il peut être partiellement ou totalement recyclé. Les fines particules sont également reprises au pied de l'enceinte de déconcentration et du système de filtres, et elles peuvent être réintroduites en continu ou en discontinu dans la trémie d'alimentation (non représentée) de la conduite P. Bien entendu, cette installation est complétée par des circuits d'alimenstation, de réaspiration et de désengorgement des particules (ces circuits n'ont pas été représentés sur le dessin), faisant appel à des techniques connues, et qui sont adaptés en fonction des contraintes particulières de l'environnement. Le phénomène de diffusion des particules fines du milieu dispersé est illustré par la Figure 2. Le différentiel de concentration atmosphère saturée-bande revêtue provoque la diffusion des particules dans la couche limite entraînée par la bande, puis le dépôt de ces particules à la superficie du métal liquide constituant le revêtement de la bande métallique T. La diffusion dans le revêtement de métal liquide est alors due à l'écart de concentration couche superficielle-couche interne, et elle est favorisée par le maintien en température de la bande revêtue. Ces phénomènes de diffusion peuvent être favorisés en mettant à profit la quantité de mouvements du milieu dispersé, donc en augmentant le vecteur vitesse horizontale ; toutefois, la composante verticale du vecteur vitesse du milieu dispersé doit être suffisante pour maintenir homogène la concentration en particules et pour éviter un accroissement localisé et progressif suscep tible d'entraîner des hétérogénéités dans le dépôt de particules. selonplinvention, on peut accroître les vitesses de dépôt en donnant une charge positive ou négative aux particules, et en maintenant la tôle soit neutre, soit de charge contraire. Enfin, cette vitesse de dépôt peut également être augmentée par thermophorèse, si les particules et les gaz porteurs sont main tenus à une température notablement différente de celle de la bande. Cependant, cette dernière méthode présente l'inconvénient de refroidir, bien que de façon limitée, la couche de métal liquide constituant le revêtement de la bande, qui doit être initialement à une température supérieure à la température de fusion du revêtement. Ces modes de mise en oeuvre ne modifient pas fondamentalement le phénomène de diffusion, mais ils permettent d'en améliorer la cinétique. Selon une autre caractéristique de la présente invention, on réalise une régulation de la concentration en particules du milieu dispersé, en fonction des caractéristiques de la bande revêtue entrant dans le dispositif et des caracté- ristique s.physico-chimiques recherchées après le traitement de diffusion. Cette régulation de la concentration en particules du milieu dispersé peut être obtenue, par exemple, par une modification simultanée ou non du débit de gaz, ctest-à- dire de la vitesse de fluidisation, et du débit de poudre dans le lit, ces deux paramètres étant limités par les débits et la concentration d'engorgement. Selon l'invention, la vitesse de diffusion des particules peut être contrôlée, d'une part, par la concentration des particules à la superficie du dépôt, comme décrit ci-dessus, et, d'autre part, par la taille des particules, et enfin, par l'agitation interne de la couche métallique, ce qui peut être obtenu soit par une température initiale bande/bain supérieure à la température habituelle de revêtement, qui est proche de la température de fusion du métal, soit par apport enthaltique, obtenu en préchauffant le gaz porteur, soit finalement par la mise en oeuvre d'une technique différente, par exemple, par bombardement de la bande métallique défilant en continu, par micro-ondes ou par ultrasons. On comprend aisément que ce-tte évolution possible des concentrations du milieu dispersé et des vitesses de diffusion des particules permet de réaliser une adaptation constante des temps de séjour de la bande métallique revêtue dans le milieu dispersé. I1 demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux divers exemples de mise en oeuvre et de réalisation décrits et représentés ici, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour l'amélioration des propriétés physico-chimiques des tôles revêtues à chaud par passage dans un bain d'un ou plusieurs matériaux maintenus à l'état liquide, caractérisé en ce qu'on modifie la composition chimique de la couche de revêtement de la tôle (T) en y faisant diffuser des éléments d'addition solides, déposés à la surface de la couche du revêtement encore à l'état liquide, ce dépôt étant réalisé en faisant circuler la bande revêtue dans un milieu dispersé dense de particules solides fines des éléments d'addition1 généré à l'aide d'un lit fluidisé, la diffusion étant obtenue en maintenant le revêtement de la tôle à l'état liquide. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'addition diffusé dans le revêtement de la tôle peut être du nickel, du zinc ou des composés de fer, ou tout autre produit métallique ou métalloide qui modifie, dans le sens recherché, les caractéristiques du revêtement. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé-en ce que la concentration en particules dudit milieu dispersé est régulée en fonction des caractéristiques de la tôle revêtue à traiter et des caractéristiques physicochimiques recherchées après le traitement de diffusion, cette régulation étant obtenue en faisant varier le débit du gaz de fluidisation et/ou le débit des particules dans le lit fluidisé. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on maintient la température de la bande revêtue, pendant son passage dans le milieu dispersé et après l'avoir quitté, en vue d'obtenir une homogénéité de la diffusion. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on contrôle la vitesse de diffusion par le réglage de la concentration des particules, par celui de la dimension de ces particules, et par agitation interne de la couche liquide constituant le revêtement de la tôle. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agitation interne de la couche constituant le revêtement de la tôle est obtenue par une température initiale bande/bain d'enduction supérieure à la température habi tuelle du revêtement. 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agitation interne de la couche de revêtement de la tôle est obtenue par un apport enthal tique réalisé par un préchauffage du gaz de fluidisation. 8 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agitation interne de la couche de revêtement de la tôle est obtenue par bombardement, par micro-ondes ou ultrasons de la tôle défilant en continu. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on accroît la vitesse de dépôt des particules de l'élément à diffuser en donnant à ces particules une charge d'un signe déterminé, et en maintenant la tôle neutre ou de charge contraire. 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on accroît la vitesse de dépôt des particules de l'élément à diffuser par thermophorèse, en maintenant les particules et leur gaz porteur à une température notablement différente de celle de la bande. Il - Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte de diffusion (10) dans laquelle la tôle revêtue (T) pénètre immédiatement après l'étape d'enduction et celle dlessorage, ladite enceinte (10) , qui contient deux lits fluidisés plans (12, 12), constituant le milieu dispersé de particules des éléments d'addition à diffuser dans la tôle, dont la largeur excède légèrement la longueur de la tôle et qui sont situés de part et d'autre du plan constitué par ladite tôle revêtue, comportant des faces latérales isolant l'atmosphère de ladite enceinte du milieu ambiant, et des faces supérieure et inférieure présentant une fente (14) pour le passage de la tôle revêtue, tout en assurant une perte de charge suffisante pour laisser pénétrer dans cette enceinte une quantité minimale de l'atmosphère ambiante, les parois (24) de ladite enceinte orientant le milieu dispersé vers la tôle revêtue, pour que celle-ci soit baignée dans ure atmosphère saturée des particules à diffuser. 12 - Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les lits fluidisés (12, 12) comportent, en partie inférieure, un caisson (16) alimenté par un gaz de fluidisation (G) constitué d'un gaz neutre pouvant être prechauffé, surmonté par ledit lit fluidisé, comportant des grosses particules pour former un lit fluide stable (18), et des particules fines du ou des éléments à diffuser dans le revêtement de métal liquide de la tôle (T), lesdites particules fines étant renouvelées à l'aide-d'un système d'alimentation (P), connu en soi, et la partie supérieure dudit caisson étant limitée par une grille de fluidisation ou par une tôle poreuse (22). 13 - Dispositif selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte secondaire, dite enceinte de déconcentration (26), placée à la sortie de l'enceinte de diffusion, dans laquelle les particules, par suite de la décroissance brutale de la vitesse du gaz porteur, tendent à sédimenteur, et le gaz en contact avec la bande tend à s'appauvrir en particules. 14 - Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que ladite enceinte de déconcentration (26) comporte un ou plusieurs orifices d'extraction des poudres sédimentées, en ce qu'elle est maintenue en légère surpression, en ce que le gaz porteur est évacué vers l'atmosphère ou repri-s par des orifices (30), pour être recyclé après épuration, et en ce que les fines particules sont reprises au pied de l'enceinte de déconcentration, pour être réintroduites, de façon continue ou discontinue, dans le système d'alimentation (P) des caissons (16).