Brevet FR2576323A1 — publié le 19860725

Z576323 PROCEDE DE TRAITEMENT DE PROFILS CONDUCTEURS, NOTAMMENT METALLIQUES, INSTALLATION POUR SA MISE EN OEUVRE ET PROFILS TRAITES AINSI OBTENUS La présente invention concerne le domaine des techniques de revêtement de profils conducteurs, notamment de profils métalliques. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de traitement de profils conducteurs, notamment de fils métalliques, permettant de réaliser sur de tels profils un dépôt en au moins une matière électriquement conductrice. On concevra que ce procédé s'applique d'une manière plus particulièrement avantageuse au traitement de fils métalliques, et plus généralement de fils ou autres profils en matériaux électriquement conducteurs, par des revêtements métalliques, le cas particulièrement préféré de l'invention concernant le revêtement de fils d'acier par du zinc, par la technique dénommée "galvanisation". L'invention porte également sur un dispositif ou une installation permettant de réaliser le traitement précité. Elle a également pour objet les fils revêtus obtenus par le procédé ou dans l'installation de l'in- vention. Il a été précédemment indiqué que l'invention concernait le traitement de profils. On entend ici couvrir par cette expression, non seulement les fils métalliques stricto sensu, mais de façon plus générale, tous les produits constitués par une matière électriquement conduc- trice se Drésentant sous une forme de longueur relative assez grande, de telle sorte qu'il soit possible de les traiter par défilement à travers des bains de traitement. Ceci s'applique quelle que soit la section desdits profils. Il peut donc s'agir aussi bien de fils de section circu- laire, de feuillards en bande plate, de tôles plates, de profilés divers, que de tout autre profil, que l'on sait pouvoir faire défiler à travers une installation de -2- traitement en les dévidant, notamment à partir de bobines d'alimentation, pour les enrouler sur des bobines de réception, à la sortie de l'installation, ou pour les conditionner par coupe à longueur. Le traitement de ces profils est réalisé par des bains de matériaux conducteurs de l'électricité se présentant à l'état liquide dans le cadre du traitement. En règle générale, mais de façon non exclusive, ces bains sont constitués par un métal ou un alliage métallique fondu. i0 Dans le domaine de la galvanisation des profils d'acier auxquels l'invention s'intéresse particulièrement, il est usuel de faire défiler des fils à travers une installation dans laquelle le poste essentiel est celui de la galvanisation proprement dite et o les fils traversent une cuve d'un bain de zinc chauffé qui se présente à l'état liquide. Juste en amont de la cuve, on procède généralement à un préchauffage des fils à une température qui est assez nettement inférieure à celle du bain de zinc, ceci afin d'éviter l'oxydation des fils dans l'air ambiant. A la sortie du bain de traitement, c'est-à-dire en aval, ces fils sont refroidis, par exemple par aspersion d'eau, et par circulation d'air, ou une combinaison de ces deux techniques, avant d'être enroulés sur des bobines de réception. Cette galvanisation peut s'effectuer en série avec des traitements classiques visant à améliorer les proprié- tés mécaniques de l'acier, ce qui implique de faire passer les fils par un four de recuit, du type tunnel, éventuel- lement par un bain de trempe, puis par des postes de refroidissement, de décapage, de rinçage, avant d'atteindre le préchauffage précité et le bain de zinc lui-même. Les techniques mises en oeuvre jusqu'à ce jour n'ont pas donné entièrement satisfaction et ceci pour plu- sieurs raisons: - - La première est que les couches d'alliage fer- zinc, dans le cas de la galvanisation, qui se forment 6323 - 3.- directement sur la surface de l'acier, se forment à tempé- rature relativement basse, de l'ordre de 450 C environ, correspondant à la température du bain. Or, il est connu que l'adhérence du revêtement de zinc ainsi formé sur le fil est fortement influencée par la nature et la structure des premières couches d'alliage fer-zinc formées sur la surface de l'acier. - En second lieu, dans les procédés classiques de galvanisation, afin d'obtenir des revêtements de zinc for- tement adhérents, il est indispensable d'utiliser des aciers calmés ou semi-calmés; des aciers effervescents ou des aciers en provenance de miniaciéries ne donnant pas de résultats satisfaisants aux tests d'adhérence. Pour tenir compte de la situation actuelle, et plus particulièrement du développement accéléré des filières courtes produisant des aciers bon marché et de moindre qualité, d'autres techniques de galvanisation au trempé deviennent nécessaires. Pour pallier les inconvénients précités, il a été proposé d'utiliser une atmosphère nitrurante et réductrice afin de préparer la surface de l'acier et de l'introduire à une température de l'ordre de 720 C dans le zinc fondu qui constitue le bain de traitement. Il est toutefois hors de - question d'adopter une température supérieure, la tempé- rature du fil ne pouvant être maintenue constante depuis la sortie du four de chauffe jusqu'à l'entrée du bain de zinc, ceci pour des raisons technologiques. La présente demande de brevet vise à pallier les inconvénients précités. Elle permet aussi d'améliorer les propriétés mécaniques et physicochimiques que l'on recherche habituellement dans les fils d'acier galvanisé ou, plus généralement, dans tout profil revêtu ou traité de manière similaire. A cet effet, l'invention a pour objet-un procédé de traitement de profils en matériaux conducteurs de l'électricité, suivant lequel on fait défiler lesdits fils -4- à travers un bain de traitement liquide, caractérisé en ce qu'on assure un chauffage desdits fils par effet Joule, préalablement à leur immersion dans ledit bain. Les profils sont de préférence portés de cette manière jusqu'à atteindre, à l'entrée du bain de traitement, une tempé- rature supérieure à eelle de ce bain, pour le maintenir à la température de traitement utile. Les porter ainsi jusqu'à une température supérieure à la température de vaporisation dudit bain permet, en outre très souvent, d'améliorer le résultat du traitement. Si le bain de traitement liquide est conducteur de l'électricité, il peut constituer l'un des contacts entre lesquels le courant circule à travers les profils, le long du tronçon compris entre les contacts. Dans ce cas, avant l'immersion dans ledit bain de traitement, on fait passer le profil dans un bain de contact. Préalablement audit bain de contact, on fait avantageusement passer ledit profil dans un bain dégrais- sant; les contacts électriques, sont alors répartis, pour ce qui concerne le premier contact, au niveau du bain de dégraissage, pour le deuxième contact, au niveau dudit bain de contact, et pour ce qui concerne le troisième contact, assurant avee le second le chauffage par effet Joule dudit profil, au niveau du bain de traitement. 5.Dans une des applications principales du procédé, le profil est constitué par un profil d'acier. Dans le cadre de sa mise en oeuvre pour la galvanisation, le bain de traitement est constitué par un bain de zinc. Le bain de contact précédant le bain de traitement peut être constitué par un bain de métal fondu, par exemple par un bain de plomb. Un bain de contact préalable pour un dégraissage peut être constitué par un bain électrolytique. On peut d'ailleurs penser là à appliquer tout autre traitement électrolytique de type connu en soi. Une inversion périodique de polarité permet d'alterner sur le profil, les -5- effets anodiques et cathodiques du traitement. Un des intérêts de l'invention réside dans la facilité de traitement simultané de plusieurs fils ou plu- sieurs ensembles de fils. Dans ce cas on règle la densité de courant individuellement fil par fil, en fonction de la variation de vitesse de défilement desdits fils, mais chacun des fils ou profils peut être remplacé par une pluralité de fils ou profils, par exemple en nappe. Afin de le protéger de l'atmosphère corrosive et pour le maintenir au contraire dans l'environnement de vapeur de zinc, le profil est avantageusement entouré par une enveloppe protectrice entre le bain de contact et le bain de traitement. Comme on l'a indiqué précédemment, l'invention a également pour objet un dispositif ou une installation pour réaliser le traitement de profils conducteurs de l'élec- tricité et plus particulièrement de fils métalliques. Cette installation comprend une cuve contenant un bain de traitement liquide et des moyens pour chauffer le profil avant sa pénétration dans ladite cuve. Elle est carac- térisée en ce que lesdits moyens pour chauffer les fils comprennent une source de courant électrique dont les pôles sont respectivement reliés audit bain de traitement et à un bain de contact traversé par lesdits fils en amont sur leur circuit de défilement. L'invention concerne bien entendu également les fils conducteurs de l'électricité, et plus particulièrement les fils métalliques traités selon le procédé de l'inven- tion ou obtenus dans une installation conforme aux dispositions précitées. Aux fins d'illustration, l'invention sera mainte- nant décrite en référence au dessin annexé à la présente description, qui représente un mode particulier de réali- sation d'une installation de l'invention, spécialement adapté au traitement de fils d'acier en vue de leur galva- nisation. - 6 - Sous sa forme la plus générale, l'installation décrite comprend une réserve de fil non traité 1, des moyens pour mettre le fil 2 sortant de la réserve de fil 1 sous tension, une cuve 3 contenant le bain de traitement 4. Le fil 2, qui sort de la réserve de fil 1 et qui sera ensuite dirigé vers un enrouleur 5 à la fin du trai- tement, peut passer, dans une première étape, dans un dispositif 6 constituant le premier contact électrique, dans un bain dit de dégraissage du fil. Sortant de ce dispositif de dégraissage, le fil peut aboutir dans une cuve 7 contenant un métal en fu- sion 8, par exemple du plomb fondu, dans laquelle est assuré un deuxième contact électrique. En sortant de cette cuve 7, le fil métallique passe par un tunnel, un tube ou une enveloppe 9, qui évite la mise en contact avec l'air ambiant, et pénètre dans la cuve 3 qui contient le bain de traitement, par exemple du zinc en fusion 4, lequel assure un troisième contact élec- trique avec les fils en défilement. Les Dotentiels et donc l'intensité du courant qui traverse le fil 2 peuvent être déterminés par l'homme de l'art en fonction, d'une part des propriétés électriques, notamment de la résistance électrique du fil et de la vitesse de défilement de celui-ci. Le potentiel est le plus élevé au niveau du second contact (bain de plomb). Entre le second et le troisième contact, la circulation du courant le long du tronçon de fil, le chauffe de telle sorte que le fil pénètre dans la cuve 3 au point indiqué par la réfé- rence 10, à une température qui est la plus élevée de l'installation et qui peut être supérieure à la température de vaporisation du bain de traitement 4. Dans le cas du zinc, cette température de vaporisation est d'environ 907 OC. De cette sorte, au cours de son introduction dans le zinc liquide, dans le cas de la galvanisation, il se -7- forme à la surface du fil une gaine de vapeur de zinc; celle-ci remonte, dans l'enceinte 9, le fil à contre- courant pour se condenser sur les parties du fil plus froides en amont, créant ainsi la première couche d'accro- chage pour le revêtement de zinc, développée plus tard à l'intérieur du bain 4 proprement dit. Après le passage dans ce bain, le fil ainsi revêtu est soumis à un jet de gaz, puis à un jet d'air et enfin à une aspersion par de l'eau avant d'être stocké par le biais de l'enrouleur 5 de façon connue en soi. Le procédé de l'invention, quand il est appliqué à la galvanisation de fils d'acier avec patentage, est mis en oeuvre de manière à chauffer les fils au-dessus du point d'austénisation de l'acier, c'est-à-dire à une température supérieure à 950 C. Par le fait que l'alliage fer-carbone passe à ce stade en phase gamma, on évite que le carbone reste très concentré dans le centre des fils comme cela se produit habituellement, surtout pour ce qui concerne les aciers effervescents et également dans les aciers calmés ou semi-calmés. On peut ainsi obtenir des fils de qualités mécaniques améliorées, alors que parallèlement, la présence du carbone dans la couche de surface des fils en phase gamma active la réaction entre le fer et le zinc et favo- rise l'adhérence du revêtement. De plus, l'utilisation du bain de galvanisation comme bain conducteur transmettant le courant du chauffage des fils, permet de chauffer ces derniers jusqu'au moment de leur pénétration dans le bain de galvanisation, alors que dans les procédes antérieurs, on ne pouvait pas envisager d'amener dans les bains de galvanisation des fils ayant des températures équivalentes, en raison notamment des refroidissements inévitables et des risques d'allongement des flls à des températures trop élevées. Sur le plan électrique, on rappellera que les fils sent alimentés en eourant à l'aide de trois contacts - Le premier contact n'est pas toujours néces- saire. Dans un cas particulier considéré ici, il est constitué par un bain de dégraissage électrolytique qui est commun à tous les fils et mis à la terre. Une inversion périodique de la polarité au niveau du second contact permet de faire alterner dans le bain de dégraissage, les phases de décapage anodique et les phases de décapage cathodique. - Le deuxième contact, constitué par une arrivée de potentiel, isolé par rapport à la terre, est réparti en un nombre de contacts individuels équivalent au nombre de fils ou de nappes dont on désire contrôler séparément le chauffage. - Le troisième contact, est constitué par le bain de zinc, qui est mis à la terre. Il est commun aux divers fiIs. Comme cela a déjà été précisé, la température du fil la plus élevée se trouve juste à l'entrée du bain de zinc. L'ajustement de cette température au niveau souhaité peut être réalisé à l'aide d'un ensemble de régulation en boucles fermées assisté d'un ordinateur, qui appartient aux techniques connues. De même, la variation de courant pourra être obtenue de façon connue en soi, par un ensemble de régulation. La température à l'entrée du bain de traitement dépendra, bien sûr, de la nature du matériau constituant ce bain de traitement. Afin de protéger le fil par une atmosphère appro- priée, les trois contacts sont reliés de préférence entre eux par des conduits étanches et isolants permettant le passage du fil et limitant les déperditions par convection et rayonnement. Un autre avantage procuré par l'invention, réside dans les dimensions de l'installation nouvelle. -9- En effet, les procédés de l'art antérieur nécessi- taient des installations qui, usuellement, avaient une longueur de 100 m. Les installations selon l'invention peuvent maintenant être aménagées sur des longueurs inférieures à m, car les dispositifs de chauffage, puis de refroi- dissements successifs, de décapage, de rinçage, de fluxage, de séchage qui étaient préalables à l'immersion dans le bain de traitement, peuvent être supprimés. De plus, la cuve de traitement elle-même est de dimensions plus réduites, car les réactions entre le métal constituant le fil et le bain de traitement étant très rapides, la longueur de cette cuve est fortement réduite. Un second avantage de l'invention réside dans le bilan énergétique, puisque des coefficients de l'ordre de 7 à 8 peuvent être atteints. Le procédé de l'invention permet, en effet, d'éviter les étapes de décapage, de rinçage, de fluxage, de séchage et de chauffage du bain de traitement qui étaient requises avant la présente invention. Dans le nouveau procédé mis en oeuvre, les calories sont apportées au bain de traitement par le fil et il n'est plus nécessaire de chauffer, par exemple la cuve de zinc dans le cas de la galvanisation, pendant l'exploi- tation. Seul un dispositif de chauffage compensant les déperditions pendant l'arrêt de l'installation est néces- saire. Ceci autorise d'ailleurs l'usage d'une cuve en céramique, dont la durée de vie est illimitée. On peut également remarquer qu'un autre avantage de l'invention réside dans la possibilité de mettre en oeuvre l'installation du procédé de l'invention, soit fil par fil, soit par nappes de plusieurs fils, en adoptant éventuellement des conditions de travail différentes pour chacun des fils ou nappes. - 10 - Les fils revêtus, en particulier les fils d'acier galvanisé, réalisés par le procédé de l'invention ont des propriétés mécaniques et chimiques remarquables du fait de l'excellente adhérence du revêtement, par exemple du zinc sur ce fil. A titre d'illustration, on pourra préciser qu'il est possible, avec des fils à faible carbone réalisés selon l'invention, d'enrouler ceux-ci sur leur propre diamètre, sans risque de craquelure du revêtement, ce qui n'était pas le cas des fils de l'art antérieur. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. On aura compris par exemple que le traitement de fils clairs peut s'effectuer par la même technique, mais à des températures plus faibles. Il est d'ailleurs très facile de faire fonctionner l'installation alternativement sur des fils clairs ou des fils patentés, la variation du potentiel appliqué au second bain de contact suffisant à modifier la température des fils à l'entrée du bain de traitement. On aura compris également que la mise en oeuvre de l'invention n'implique pas nécessairement l'intervention- d'un bain de dégraissage comme décrit ci-dessus, ou d'un contact électrique à ce niveau. Mais le dégraissage élec- trolytique se combine avec avantage avec le chauffage par effet Joule entre les deux bains suivants. - 11 - REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de profils en matériaux conducteurs de l'électricité, suivant lequel on fait défiler lesdits profils à travers un bain de traitement liquide (4), caractérisé en ce qu'on assure un chauffage desdits fils par effet Joule, préalablement à leur immersion dans ledit bain jusqu'à une température supé- rieure à la température dudit bain. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fils sont chauffés jusqu'à une température supérieure à la température de vaporisation dudit bain. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit bain de traitement liquide étant conducteur de l'électricité, on fait passer le profil en amont dudit bain de traitement, dans un bain de contact porté à un potentiel électrique différent par rapport au bain de traitement. 4. Dispositif selon la revendication 3, carac - térisé en ce que préalablement audit bain de contact, on fait Dasser ledit profil dans un bain dégraissant (6) porté à un potentiel différent de celui du bain de contact (7). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ee que l'on inverse périodiquement la polarité d'un deuxième contacts au niveau dudit bain de contact, par rapport à un premier contact, au niveau du bain de dégrais- sage, et un troisième contact, au niveau du bain de trai- tement. 6. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit profil est constitué par un fil métallique. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, appliqué à la galvanisation de profils d'acier et caractérisé en ce que ledit bain de traitement est constitué par un bain de revêtement à base de zinc. -12- 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit bain de contact est constitué par un bain de plomb. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 8, caractérisé en ce que l'on traite simultané- ment plusieurs profils et en ce que l'on règle la densité de courant des profils individuellement, en fonction notam- ment de la variation de vitesse de défilement desdits profils. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 9, caractérisé en ce que ledit fil est entouré par une enveloppe protectrice au moins entre le bain de contact et le bain de traitement. 11. Installation pour le traitement de profils en matériaux conducteurs de l'électricité comprenant des moyens pour faire défiler lesdits profils à travers une cuve contenant le bain de traitement et des moyens pour chauffer lesdits profils avant leur pénétration dans, ladite cuve, ledit bain de traitement liquide étant conducteur de l'électricité, caractérisée en ce que lesdits moyens pour chauffer les profils comprennent une source de courant électrique dont les pôles sont respectivement reliés audit bain de traitement et à un bain de contact traversé par lesdits profils en amont du bain de traitement sur leur circuit de défilement. 12. Installation selon la revendication 11, carac- térisée en ce qu'elle comporte, en outre, un bain de dégraissage électrolytique porté à un potentiel différent de celui du bain de contact. 13. Profil métallique revêtu, en particulier fil d'acier galvanisé, obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 ou dans une instal- lation selon l'une quelconque des revendications 11 et 12.