Brevet FR2558850A1 — publié le 19850802

Procédé de revêtement d'un produit long par du métal et dispositif correspondant L'invention concerne un procédé de revêtement d'un produit long par du métal, tel que le revêtement d'une bande de tôle d'acier par du zinc. Les produits longs tels que les tôles, les feuillards ou les fils en acier sont souvent revêtus en continu d'une couche métallique de protection telle qu'une couche d'étain ou de zinc. Cet étamage ou ce zingage peut être réalisé par passage du produit long dans des bacs renfermant de l'étain ou du zinc maintenu à l'état liquide. Le produit long se recouvre alors d'une couche de métal liquide qui se solidifie à Sa surface apràs sa sortie du bac. Le métal excédentaire entrainé par le produit long peut etre éliminé par divers procédés d'essuyage ou de balayage par jets gazeux. il est cependant difficile d'obtenir une couche mince et reguliàre sur la sur- face à revêtir du produit. On connatt également des procédés de revêtement par galvanoplastie dans lesquels le produit long à revêtir passe en continu à tris grande vitesse, par exemple 600 mères par minute, dans des bacs d'électrolyse renfermant une solution d'un sel du métal à déposer ou comportant des anodes en métal à déposer. La régulation de telles installations ne peut se faire que dans des plages de vitesse étroites en-dessous de la vitesse nominale de défilement du produit long. Enfin, ces procédés de revêtement connus nécessitent des installa- tions complexes et de grandes dimensions pour leur mise en oeuvre industrielle. Ces installations ne sont concevables que dans le cas d'unités de production à fort tonnage. On a également proposé des procédés de revêtement métallique qui utilisent une flamme permettant de liquéfier un fil ou un ruban en métal de revêtement amené de façon continue dans la flamme. Les gaz de cette flamme permettent de pulvériser le liquide obtenu et de projeter des gouttelettes sur la surface métallique à revêtir. Un tel procédé est difficilement utilisable dans le cas dlune production industrielle en continu de tôles,-feuil- lards ou fils métalliques et la qualité du revêtement obtenu, quant à son homogénéité et à sa régularité est inférieure à ce qu'on peut obtenir par galvanoplastie. Ce revêtement se présente sous la forme d'un amas de petites boulettes plus ou moins agglomérées sur une épaisseur sensiblemant plus importante que celle qui peut être obtenue par galvanoplastie. On a proposé de perfectionner ce procédé de revetement en apportant le métal sous forme liquide dans la flamme qui réalise sa pulvérisation et sa projection. Cependant, il est très difficile de régler parfaitement la flamme pour éviter que les gaz produits ne soient oxydants, ce qui peut entrainer une modification de la surface du produit à revêtir et du métal de revêtement. I1 n'est pas non plus possible de régler le débit et la vitesse des gaz de la flamme pour obtenir une pulvérisation du métal liquide en très petites particules. Pour permettre un accrochage efficace des particules de métal liquide sur la surface du produit long, celle-ci doit être grenaillée pour obtenir une rugosité minimum, ce qui réduit encore l'intérêt de ces procédés dans le cas du revêtement en continu de produits laminés. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de revêtement d'un produit long par un matériau de revêtement apporté sous forme liquide de façon continue, au voisinage de la surface à revêtir du produit long en déplacement, puis projeté sous forme divisée ou gazeuse sur cette surface par un gaz sous pression, procédé qui permette la réalisation de revêtement de faible épaisseur uniforme et homogène, dans des installations qui peuvent être éventuellement de faible capacité, sur des lignes de laminage et de parachèvement continues, sans nécessiter d'opération de grenaillage de la surface à revêtir. Dans ce but - le gaz de protection est un gaz inerte, vis-à-vis du matériau de revêtement et du produit long, - au moment où il entre en contact avec le matériau de revêtement liquide, ce gaz de protection a une température supérieure à la température de fusion du matériau de revêtement liquide et une vitesse au moins égale à la vitesse du son, - et le débit massique du gaz de projection est au moins égal au débit massique du matériau de revêtement liquide. Suivant un mode de réalisation préférentiel du procédé, le produit long est porté à une température supérieure à la température de fusion du matériau de revêtement ou à une température favorisant la formation d'un alliage entre le matériau de revêtement et le matériau -du produit long, préalablement à son revêtement. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures jointes en annexe, deux modes de réalisation du procédé suivant l'invention, dans le cas du zingage d'une tôle. La figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical d'une installation de zingage d'une tale par le procédé suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe d'une installation pour le zingage ou l'étamage d'une tôle par le procédé suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation utilisant des tuyères doubles de pulvérisation et de projection de métal liquide. La figure 3 est une vue en coupe d'une tuyère double utilisable dans une installation telle que représentée sur la figure 26 Sur la figure 1 on voit une installation utilisée pour le zingage d'une tale 1 en circulation à grande vitesse, La tale a un parcours verti cal au niveau de l'installation de zingage qui comporte une enceinte 2 munie d'un sas d'entrée 3 de la tale et d'un sas de sortie 4. Les sas 3 et 4 permettent le passage de la tole a travers l'enceinte 2 tout en sJainte- nant le volume intérieur de cette enceinte 2 isolé de 1'atnosphère exterieu- re. Dans ce but, les sas 3 et 4 comportent une chambre étanche et deux jeux de rouleaux respectivement 7 et 8, exerçant une certaine pression sur la tale 1 avec laquelle ils sont en contact étanche. La tôle 1 est chauffée avant son entrée dans l'enceinte 2 à une température légèrement supérieure à la température de fusion du zinc (envi ron 4250C) par induction et/ou conduction dans une installation 16 de type connu. Sur la surface supérieure de l'enceinte 2 est fixé un bac de coulée 10 comportant un ensemble de busettes 11 de diamètre calibré traversant la paroi supérieure de l'enceinte 2, pour l'introduction de jets de zinc liquide 12 dans cette enceinte 2. Le bac 1O comporte également une tubulure 14 sur laquelle est placée une vanne 15 servant à l'introduction de gaz chauds et sous pression au-dessus du zinc liquide 13 contenu dans le bac de coulée 10. En faisant varier la pression du gaz au-dessus du zinc liquide 13 grâce à la vanne 15, on peut réguler le débit des jets 12 pénétrant dans l'enceinte 2. A l'intérieur de l'enceinte 2, on dispose un ensemble de tuyères 17, chacune étant placée avec son axe horizontal en face de l'un des jets 12 qui s'écoulent eux-mêmes verticalement à proximité de la surface de la tale 1 à revêtir. Chacune des tuyères 17 comporte successivement une partie convergente, un col étroit et une partie divergente. Du gaz inerte sous pression et à haute température est amené aux tuyères 17 par des conduites 18. Les conduites 18 protégées intérieurement par du matériau réfractaire et calorifugées sont reliées à un circuit comportant une capacité 20 de stockage de gaz inerte sous pression par l'intermédiaire d'une vanne 21 permettant d'alimenter les tuyères 17 avec un débit réglé.Le gaz du réservoir 20 est à une pression telle qu'après son passage dans les tuyères convergentes-divergentes 17, ce gaz a une vitesse supérieure à la vitesse du son au moment où les faisceaux de gaz 23 rencontrent les jets de métal liquide 12 s'écoulant à la verticale dans l'enceinte 2, à proximité de la surface de la tôle 1. Le gaz du récipient 20 est également surchauffé de façon qu'après son passage dans les tuyères et mélange par entrainement du gaz de l'enceín- te 2, la température du gaz rencontrant les jets de zinc liquide soit supérieure à la température de fusion du zinc, c' est-à-dire 420 C. Chaque jet de gaz à grande vitesse et à haute température qui rencontre un jet de métal liquide 12 provoque la pulvérisation de zinc liquide et la formation de très fines gouttelettes qui sont entrainées à très grande vitesse jusqu'au moment où elles rencontrent la surface de la tale I préalablement portée à une température de 4250C. Le jet de gazà haute -tempérs- ture maintient la surface de la tale 1 à une température supérieure à 42O0C et les fines gouttelettes de zinc à l'état liquide de façon à provoquer un bon étalement sur la surface de la tale. Le fait d'élever la température de la tôle et de maintenir le zinc dans un état très fluide et très dispersé permet l'obtention d'une couche fine et régulière à la surface de la tale. L'étalement très rapide et très régulier du zinc sur la sutface de l'acier à haute température se produit par un phénomène analogue à celui qui a lieu lors du brasage d'une pièce préchauffée. L'étalement du zinc est également favorisé par la pression exercée par le gaz sur la tôle. Enfin, lorsque le zinc vient en contact intime avec la surface de la tale d'acier qui s'est échauffée, il se produit un accrochage efficace du zinc par diffusion et formation de composés dans la matrice métallique de la tale d'acier. De plus, on établit une forte différence de potentiel entre la tale et le zinc en reliant une partie conductrice frottant avec la t81e au pale négatif d'un générateur électrique et les busettes 11 au pêle positif de ce générateur. Les jets de zinc liquide fortement chargés éclatent en gouttelettes dès la sortie des busettes 11 juste avant de rencontrer les jets de gaz 23. Les charges opposées de la t8le et du zinc favorisent de plus l'accrochage des gouttelettes sur la surface de la tôle. Les busettes 11 sont en un matériau conducteur réfractaire tel que le molybdène ou en alliage de molybdène. Le zinc liquide 13 contenu dans la poche de coulée 10 est maintenu au-dessus de sa température de fusion par une électrode immergée 24. Ce maintien en température pourrait également être réalisé par un chauffage par induction. Dans certains cas, en fonction du matériau de revêtement, il sera possible de profiter de la chaleur disponible dans l'enceinte 2 pour chauffer superficiellement la t81e 1 et favoriser ainsi l'étalement des gouttelettes liquides contenues dans les faisceaux avant leur contact avec la tôle. On pourrait ainsi se passer de l'échauffement préalable de la t81e 1. De manière à réaliser l'opération de revêtement en continu, l'alimentation de la poche de coulée 10 est assurée grève à un réservoir d'alimentation 27 et à un sas d'introduction 28. Une busette coulissante 29 est disposée entre le réservoir 27 et le sas 28 et une autre busette coulissan- te 30 est disposée entre le sas 28 et la poche de coulée 10. Une ligne d'alimentation en gaz neutre sous pression 31 sur laquelle est disposée une vanne 32 permet d'introduire du gaz inerte sous pression dans le sas 28. Pour l'alimentation du sas 28, le volume intdrieur de ee sas est mis à la pression atmosphérique, du zinc liquide est versé dans le réservoir 27 puis la busette 29 est ouverte. Le zinc vient remplir le sas 28 jusqu'à un certain niveau. On referme alors la busette 29 et l'on introduit du gaz inerte sous pression dans le sas 28 au-dessus du zinc liquide. Lorsque le sas 28 et la poche 10 sont en équipression, on ouvre la busette 30 et le zinc liquide vient réalimenter la poche 10. A la partie inférieure de l'enceinte 2 est fixée une conduite 33 sur laquelle est placée une vanne 34 permettant d'une part d'évacuer l'air contenu dans l'enceinte 2 en début d'opération, grâce à une pompe 35 et d'autre part de prélever en continu le gaz inerte dans l'enceinte pendant le fonctionnement de l'installation, grâce à une pompe régulatrice 36. L'introduction du gaz dans l'enceinte et le pompage sont réalisés de façon à maintenir une légère surpression de gaz inerte par rapport à la pression atmosphérique, dans l'enceinte 2 pendant les opérations de revêtement. Le gaz inerte prélevé dans l'enceinte 2 est filtré pour éviter l'entrainement de particules de zinc puis réchauffé dans un échangeur de chaleur 38, recomprimé par un compresseur 37 et enfin réintroduit dans la capacité tampon 20. Un réservoir d'appoint de gaz inerte 40 permet de compenser les fuites éventuelles. Le circuit de gaz neutre comporte donc une partie haute pression entre le compresseur 37 et la buse 17 et une partie basse pression entre l'enceinte 2 et le compresseur 37. Dans le cas où l'on effectue le revêtement d'une tole d'acier d'une largeur d'un mètre, on a utilisé une rampe constituée de vingt tuyères telles que 17 disposées suivant la largeur de la tôle, en face d'un jeu de vingt busettes 11 dont le diamètre est sensiblement égal à 1,5 mm et la longueur à 50 mm, amenant chacune un jet de zinc liquide en face d'un faisceau de gaz issu d'une tuyère convergente-divergente 17 dont la sortie est à environ 250 mm de la surface de la tale. Chacun des jets de gaz rencontre la tale suivant une zone circulaire dont le diamètre est voisin de cent mil limètres. Les ensembles constitués chacun d'une busette et d'une tuyère sont décalés en deux couches horizontales distantes entre elles d'environ 9cm, de façon à éviter toute interférence entre deux faisceaux consécutifs. La tale circule à une vitesse de 100 m/min. La pression à l'intérieur du bac de coulée 10 est d'environ 2 bars permettant d'obtenir par chaque busette calibrée 11 un débit de 8,3 g par seconde, soit au total 167 g par seconde. Avec ces conditions opératoires, on obtient un revêtement régulier de 100g/m2 de la tale. La t81e est préchauffée, avant d'entrer dans l'enceinte 2, jusqu'à une température de 425 C. Le préchauffage du gaz (argon comprimé à 10 bars) jusqu'à une tel- pérature élevée (1500 ) permet d'obtenir en sortie de la tuyère un gaz qui est encore à une température très nettement supérieure à la température de fusion du zinc, malgré le refroidissement accompagnant sa détente. La vitesse du gaz à la sortie de la tuyère est sensiblement supérieure à la vitesse du son. (environ 950 mètres par seconde). Le diamètre du col de la tuyère, pour un débit massique d'argon de 16 g par seconde, est de 4,2 mm environ. Sur les figures 2 et 3, on voit un second mode de réalisation des moyens de coulée, de pulvérisation et de projection de métal liquide. La coulée du métal et sa pulvérisation par le gaz sous pression sont réalisées par une tuyère à double conduits coaxiaux 50 fixée sur un récipient 49. Cette tuyère en matériau réfractaire comporte un conduit central 50a pour la coulée du métal et un conduit périphérique annulaire de type convergentdivergent 50b pour l'insufflation de gaz inerte à vitesse supersonique. Le conduit périphérique de la tuyère est relié par l'intermédiaire d'un conduit 51 sur lequel est disposée une électrovanne 52, à un réservoir de gaz inerte sous pression et à haute température 53. Le réservoir 53 représenté sur la figure 2 utilisable pour contenir un gaz inerte à une température sensiblement égale à 1500 et à une pression de l'ordre de 20 bars, comporte une couche interne réfractaire isolante 53a et une enveloppe métallique externe 53b. Le conduit métallique 51 est soudé au réservoir 53, au niveau d'une ouverture prévue dans sa paroi et revêtu intérieurement de réfractaire isolant 53a. La tuyère double 50 est disposée avec son ae vertical et reçoit par son canal central un débit constant d'étain liquide qui est pulvérisé en sortie de la tuyère par le gaz inerte périphérique dont la vitesse est alors supersonique et dont la direction fait un angle inférieur a lO avec la direction du jet d'étain liquide. Un dispositif tel que représenté sur la figure 2 permet le revêtement d'une te le défilant horizontalement, et endessous de la tuyère 50. Sur la figure 3, on voit une tuyère double 60 à plus grande échelle utilisable pour la pulérisation de zinc sur une tôle. en utilisant un gaz inerte (argon à 5 bars), de façon à réaliser un revêtement de 300 g/m2, avec une vitesse de défilement de la tôle de 100 m/min : il faut 12 tuyères de ce type pour galvaniser une face une tôle de 1,2 s de largeur. Le diamètre du jet de zinc est de 5 mm. L'interstice du col annulaire est de 1,4 uz. Le diamètre de 1'an- neau est sensiblement égal à 12,25 un. Le diamètre du bord intérieur du divergent est de 10 mm et le dia mètre du bord extérieur du divergent de 14,5 ma. On voit que les principaux avantages du procédé selon l'invention sont de permettre la réalisation d'une couche fine de revêtement métallique sur une tale avec une très grande régularité et une très bonne adhérence, en utilisant une installation relativement simple et facilement adaptable une tale de dimensions quelconques dont la vitesse de défilement peut être variable dans un vaste intervalle. En effet, l'installation telle que décrite et représentée sur la figure 1 permet d'adapter facilement le débit de métal liquide j > déposer en faisant varier la pression dans la poche 10 grâce à la vanne 15. De la seme façon, le débit de gaz neutre pourra être adapté facilement au débit de mé- tal liquide. On peut également faire varier la pression de ce gaz. Enfin, on peut également faire varier la différence de potentiel existant entre le zinc et la tôle, de façon à réguler l'épaisseur de la couche de zinc sur la têle en déplacement. Un des avantages importants de l'invention est donc de permettre de réguler facilement l'épaisseur du zinc sur la tale quelle que soit la vitesse de déplacement de celle-ci.Cette régulation peut se faire de façon automatique en asservissant le débit de métal liquide et le débit de gaz chaud à la vitesse de défilement de la tale. I1 est bien entendu que l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits et qu'elle en comprend au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'on peut imaginer des installations pouvant effectuer le revêtement sur les deux faces d'une tale simultanément. De telles installations comportent deux rampes symétriques de tuyères et de buses de coulée de métal liquide disposées symétriquement par rapport à la tale. On peut également effectuer un revêtement par un alliage de zinc la température du gaz de projection doit alors être supérieure au liquidus de l'alliage. L'invention s'applique non seulement au zingage mais encore à l'étamage ou au revêtement de l'acier ou d'autres métaux ou alliages par un métal ou alliage fusible quelconque, ou par un matériau non métallique fusible ou liquide (tel que PYC, caoutchouc ...). On peut en outre, gr ce à cette méthode, effectuer des revêtements composites avec couches successives de matériaux fusibles de faible épaisseur1 par exemple plomb et étain. Le produit long peut être porté à une température légèrement supérieure å la température de fusion du matériau de revêtement avant sa mise en contact avec ce matériau sous forme pulvérisée ou encore à une température favorisant la formation d'un alliage entre le matériau de revêtement et le matériau du produit long. On pourra utiliser un gaz inerte de pulvérisation et de projection différent de l'argon, par exemple de l'hélium ou de l'azote. L'invention peut s'appliquer également à des produits longs différents de produits plats tels que les tales ou les feuillards, par exemple des fils machine, des ronds à béton ou des profilés de forme quelconque. I1 faudra dans chaque cas adapter la forme et la disposition des rampes de pulvérisation à la forme de la section du produit à revêtir. La température du gaz inerte chaud assurant la pulvérisation pourra être très largement supérieure à la température de fusion du matériau de revêtement et cette température pourra même atteindre ou dépasser la température d'ébullition de ce matériau, en particulier dans le cas du zinc, dont la température d'ébullition est inférieure à 10000. Dans ce cas, le métal sera non seulement pulvérisé mais encore vaporisé et la métallisation se fera en phase vapeur. Dans certaines applications, ce procédé peut être préférable à un revêtement par des gouttelettes ou par un brouillard de métal liquide. REVENDICATIONS 1.- Procédé de revêtement d'un produit long (1) par un matériau de revêtement apporté sous forme liquide de façon continue, au voisinage de la surface à revêtir du produit long (1) en déplacement, puis projeté sous forme divisée ou gazeuse sur cette surface par un gaz sous pression, caractérisé par le fait que le gaz de projection (23) est un gaz inerte, vis-à-vis du matériau de revêtement et du produit long, - qu'au moment où il entre en contact avec le matériau de revêtement liquide (12) ce gaz de projection (23) a une température supérieure à la température de fusion du matériau de revêtement et une vitesse au moins égale à la vitesse du son, - et que le débit massique du gaz de projection (23) est au moins égal au débit massique du matériau de revêtement liquide. 2.- Procédé de revêtement suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le produit long est porté à une température supérieure à la température de fusion du matériau de revêtement ou à une température favorisant la formation d'un alliage entre le matériau de revêtement et le matériau du produit long, préalablement à son revêtement. 3.- Procédé de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on applique une forte différence de potentiel entre le métal liquide et la surface du produit long à revêtir. 4.- Procédé de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'au moment où ils entrent en contact, le métal liquide et le gaz de projection constituent des courants dont les directions font un angle voisin de 900. 5.- Procédé de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait qu'au moment où ils entrent en contact, le métal liquide et le gaz de projection sont sous forme de courants faisant un angle faible, inférieur à 100. 6.- Procédé de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, appliqué au zingage d'un produit long, caractérisé par le fait que le gaz de projection, au moment où il entre en contact avec le zinc ou alliage de zinc liquide, a une température supérieure à la température de fusion du zinc ou du liquidus de l'alliage. 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé de revêtement suivant l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte étanche (2) comportant des sas de passage étanches du produit long (3, 4), une poche de coulée (10) disposée à la partie supérieure de lfenceinte (2) comportant au moins une buse de coulée (11) pénétrant dans l'enceinte (2) pour la constitution d'au moins un jet de matériau de revêtement liquide (12) vertical et au moins une tuyère (17) alimentée par une canalisation (18) en gaz chaud sous pression, réalisée sous orme d'un convergent-divergent créant un jet de gaz supersonique (23) à l'intérieur de l'enceinte (2) interceptant le jet de matériau de revêtement liquide (12) et dirigé vers la surface a revêtir du produit long (l). 8.- Dispositif de revêtement suivant la revendication 7. caractérisé par le fait qu'il comporte, an saut de l'enceinte étanche (2), une installation (16) de chauffage par induction et/ou par conduction dans laquelle passe la tôle (1) avant son entrée dans l'enceinte (2). 9.- Dispositif de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que le olume interne de l'enceinte (2) est an cea- munication avec un circuit de régénération et d'alimentation en gaz inerte alimentant la buse (17). 10.- Dispositif de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 7, 8 et 9, caractérisé par le fait que la poche de coulée (10) est reliée dans sa par- tie supérieure à une conduite (14) d'alimentation en gaz sous pression e- mettant de modifier la pression de pas au-dessus du métal liquide an cours de coulée. 11.- Dispositif de revêtement suivant l'une quelconque des revendications 7, 8, 9 et 10, caractérisé par le fait que la poche de coulée ( est reliée b un réser- voir d'alimentation en matériau de revêtement liquide (27) par l'intermé- diaire d'un sas (28) dont le volume intérieur est an communication avec une alimentation (31, 32) en gaz inerte sous pression. 12.- Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé d'un revete- ment suivant l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 5 et 6, caractérisé par le fait qu'il comporte une tuyère (50) b double conduits coaxiaux, le conduit central étant alimenté en matériau de revêtement liquide et le conduit périphérique annulaire en gaz chaud de projection.