Brevet FR2682687A1 — publié le 19930423

- PROCEDE POUR LA GALVANISATION EN LIGNE D'OBJETS METALLURGIQUES DISCONTINUS La présente invention concerne un procédé pour la galvanisation en ligne d'objets métallurgiques discontinus, tels que des profilés, des tubes et analogues, sortant d'une ligne de coulée continue, verticale ou horizontale. On sait que le traitement des produits métallurgiques obtenus, dans le domaine de la sidérurgie, par les techniques de coulée continue horizontale ou verticale, doivent être le plus souvent retraités en surface par galvanisation au zinc, à l'aluminium ou à partir d'autres alliages protecteurs Or, on ne connaît pas d'installation sidérurgique o la ligne de galvanisation soit installée en sortie de la ligne de coulée continue De ce fait, les produits sidérurgiques sortant d'une ligne de coulée continue sont tout d'abord refroidis, avant d'être plus tard réchauffés pour être galvanisés à chaud dans des installations autonomes, par exemple par trempage dans un bain d'un alliage métallique liquide en fusion contenu dans une enceinte, ou, suivant la technique notamment décrite dans le brevet FR- 2 323 772, par galvanisation en ligne Dans ce dernier cas, bien adapté au traitement de cornières et de profilés, les produits métallurgiques passent au travers d'un bain d'un alliage métallique fondu, contenu dans une enceinte pourvue de deux orifices alignés d'entrée et de sortie, le niveau dudit bain étant maintenu à un niveau vertical supérieur à celui desdits orifices, si bien que les produits à revêtir sont complètement immergés lorsqu'ils traversent ladite enceinte. On a ainsi imaginé, suivant la présente invention, de proposer un nouveau procédé pour la galvanisation en ligne d'objets métallurgiques discontinus, tels que des tubes, des cornières, des profilés, des tôles ou analogues, sortant d'une ligne de coulée continue verticale ou horizontale, caractérisé en ce que lesdits objets sont galvanisés dès que leur température, en sortie de ladite ligne de coulée continue, atteint la température d'un bain de revêtement d'un métal ou d'un alliage métallique fondu, contenu dans une enceinte de galvanisation étanche pourvue d'orifices d'entrée et de sortie alignés sur l'axe de défilement desdits objets. On comprend qu'il est ainsi particulièrement avantageux de pouvoir utiliser la chaleur résiduelle du forgeage de l'acier par les techniques de coulée continue pour éviter d'avoir à réchauffer les produits métallurgiques formés avant de les recouvrir, par galvanisation à chaud, d'un revêtement protecteur contre la corrosion L'économie d'énergie ainsi réalisée est importante D'un autre côté, un tel procédé évite les problèmes liés aux risques de transformation structurelles de l'acier lors du réchauffage normalement nécessaire à la galvanisation: retrempe, dépassement du point de Curie, etc Suivant une première variante préférentielle de l'invention, l'enceinte de galvanisation comporte, au moins à son extrémité placée du côté de la sortie des objets métallurgiques traités, une vanne électromagnétique constituée par un enroulement inducteur polyphasé susceptible d'entourer un induit creux fixe, agencé pour être traversé par les objets métallurgiques sortant de la ligne de coulée continue, ledit enroulement inducteur pouvant être déplacé longitudinalement par rapport audit induit creux de manière à ce que: d'une part, lorsqu'aucun objet métallurgique ne pénètre dans l'enceinte de galvanisation, ledit enroulement inducteur entoure ledit induit de sorte à interdire toute fuite du métal ou de l'alliage métallique de revêtement hors de ladite enceinte, d'autre part, lorsqu'un objet métallurgique sort de ladite ligne de coulée continue et pénètre dans l'enceinte de galvanisation, ledit enroulement inducteur entoure uniquement ledit objet qui, tout en subissant alors, par le jeu des forces magnétomotrices agissant à sa surface, un effet d'essuyage du revêtement déposé à sa 3 - surface à l'intérieur de ladite enceinte, interdise toute fuite du métal ou de l'alliage métallique de revêtement hors de ladite enceinte. Dans une seconde variante, tout à fait équivalente à cette première variante, l'induit creux est mobile et l'enroulement inducteur de la vanne électromagnétique, placée au moins en sortie de lrenceinte de galvanisation, est fixe, leurs déplacements relatifs étant identiques à ceux décrits plus haut, avec les mêmes résultats sur l'étanchéité de ladite enceinte. Dans l'application d'un tel dispositif au cas de la coulée continue verticale, on comprend que l'enceinte de galvanisation puisse être disposée verticalement; sous l'effet de la gravité, le métal ou l'alliage métallique fondu du bain de revêtement peut, en effet, ne fuir que vers le bas, et il suffit donc d'aménager une seule vanne électromagnétique d'étanchéité à la sortie de cette enceinte. D'un autre côté, dans l'application du même dispositif au cas de la coulée continue horizontale, l'enceinte de galvanisation comportera normalement une vanne électromagnétique à chacune de ses extrémités, au moins la vanne de sortie comportant un induit creux, fixe ou mobile selon la variante d'exécution choisie; en effet, une enceinte disposée à l'horizontale peut fuir par ses deux extrémités, même s'il est vrai, par ailleurs, que le défilement des objets métallurgiques à traiter au travers de cette enceinte favorise, du fait des forces d'entraînement agissant sur le bain de galvanisation, son étanchéité à l'entrée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre de deux installations pour la galvanisation en ligne aménagée à la sortie d'une ligne de coulée continue, respectivement verticale et horizontale, ces installations étant données à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés sur lesquels: les figures 1 à 3 sont des vues en coupe 4 - longitudinale d'une installation de galvanisation en ligne disposée en sortie d'une ligne de coulée continue verticale de tubes ou de profilés en acier, montrant les étapes successives du fonctionnement de l'installation selon qu'un tube ou analogue pénètre dans l'enceinte de galvanisation (figure 1), traverse cette enceinte (figure 2), puis en ressort (figure 3), les figures 4 à 6 sont des vues en coupe longitudinale d'une installation de galvanisation en ligne disposée en sortie d'une ligne de coulée continue horizontale, montrant les étapes successives du fonctionnement de l'installation selon qu'un tube ou analogue pénètre dans l'enceinte de galvanisation (figure 4), traverse cette enceinte (figure 5), puis en ressort (figure 6). La variante représentée sur les figures 1 à 3 concerne l'application du procédé conforme à l'invention à la galvanisation en ligne d'objets métallurgiques 1 sortant d'une ligne de coulée continue 2 verticale, qui est représentée en traits mixtes sur les figures Selon le procédé conforme à l'invention, une enceinte de galvanisation 3 verticale est disposée dans le prolongement de la sortie desdits objets 1, de manière à les galvaniser, par exemple au zinc, immédiatement après leur forgeage; à cet effet, l'enceinte 3 comprend: un corps tubulaire 4 vertical ayant un orifice d'entrée 5 et un orifice de sortie 6 alignés pour permettre le passage, à travers l'enceinte 3, des objets 1 à recouvrir, par exemple un fil continu, une tige, une barre, un profilé, une cornière ou encore un tube, en fer ou en acier; un enroulement inducteur polyphasé 7 entourant le corps tubulaire 4 au niveau de son orifice de sortie 6, cet enroulement 7 étant connecté électriquement à une source de courant polyphasé 8 d'intensité réglable, de manière à créer un champ glissant orienté du bas vers le haut du corps tubulaire 4; lorsqu'un métal ou un alliage métallique fondu est introduit dans l'enceinte 3, ce - dernier est ainsi repoussé vers l'intérieur du corps tubulaire 4, sous l'effet de forces magnétohydrodynamiques s'opposant à son écoulement hors de ladite enceinte 3. Suivant la présente invention, le corps tubulaire 4 de l'enceinte 3 peut être déplacé concentriquement par rapport à un induit creux 9 vertical, d'un matériau à forte perméabilité magnétique; cet induit 9 est destiné à concentrer les lignes du champ magnétique glissant qui est généré par l'enroulement inducteur 7 lorsque ce dernier est traversé par son courant polyphasé Lorsque cet induit 9 est ainsi introduit coaxialement au milieu de l'orifice de sortie 6 du corps tubulaire 4 (Cf figure 1), l'efficacité du champ magnétique s'avère considérablement améliorée et, dans cette situation, la vanne électromagnétique ainsi constituée par la combinaison de l'induit 9 et de l'enroulement inducteur 7 est susceptible d'arrêter complètement l'écoulement gravitaire du métal ou de l'alliage métallique fondu se trouvant dans l'enceinte 3 A l'inverse, cette efficacité diminue lorsque l'on déplace le corps tubulaire 4, et donc l'enceinte 3, de manière à ce que l'orifice de sortie 6 n'entoure plus l'induit 9; dans cette situation, si rien n'est fait, le métal ou l'alliage fondu peut fuir hors de l'enceinte 3. Ces deux situations correspondent aux deux phases du procédé de galvanisation, soit, respectivement, à l'absence ou à la présence d'un objet métallurgique 1 à recouvrir au travers du corps tubulaire 4 de l'enceinte 3. Le cycle de galvanisation d'un objet 1 est alors le suivant: lorsqu'un objet 1 sort de la ligne de coulée continue 2, un système de détection non représenté sur les figures provoque le déclenchement d'un dispositif de déplacement du corps tubulaire 4 et de l'enroulement inducteur 7 vers le bas, relativement à l'induit creux 9 que l'on a choisi de laisser fixe, ce déplacement s'opérant jusqu'à ce que ledit corps tubulaire 4 soit complètement dégagé dudit induit 9 (Cf figure 2); 6 - l'objet 1 traverse donc tout d'abord l'induit creux 9, dont on comprend bien le rôle, puis arrive avec une température encore élevée au niveau de l'orifice d'entrée 5 du corps tubulaire 4 contenant le métal ou l'alliage métallique de revêtement; en pénétrant dans l'enceinte 3, et conformément aux enseignements du brevet FR-2 323 772, l'objet 1 se recouvre immédiatement d'une couche de métal protecteur; l'extrémité inférieure de l'objet 1 chemine ainsi coaxialement au milieu du corps tubulaire 4, sur une longueur imposée par les conditions physiques de galvanisation (épaisseur du revêtement, vitesse de défilement), jusqu'à atteindre l'orifice de sortie 6 o l'enroulement inducteur 7 agit à l'encontre des forces de pesanteur, pour retenir dans l'enceinte 3 le métal ou l'alliage métallique fondu Cet effet de confinement du bain de galvanisation dans l'enceinte 3, qui avait été fortement diminué en raison du retrait de l'induit 9, est alors à nouveau considérablement augmenté du fait de la présence de l'objet métallurgique en acier ou en fer se trouvant au milieu de l'enroulement inducteur 7 En outre, les processus magnétohydrodynamiques mis en jeu contribuent à "l'essuyage" de l'objet 1, c'est-à-dire à la régulation de l'épaisseur du revêtement déposé; à cet égard, les moyens de contrôle de l'intensité du courant fourni par la source de courant polyphasé 8 procure le moyen de réaliser cet "essuyage" d'une manière parfaitement contrôlée; enfin, légèrement avant que l'extrémité supérieure de l'objet 1 n'émerge de l'orifice de sortie 6 du corps tubulaire 4, et selon la vitesse verticale de l'objet 1 et la longueur de l'enceinte 3, on agit sur les moyens de déplacement vertical de ladite enceinte 3 pour remonter le corps tubulaire 4 autour de l'induit fixe 9, de manière à ce qu'au moment o ledit objet 1 sort complètement hors de l'enceinte 3, ledit induit 9 soit revenu au milieu de l'enroulement inducteur 7 et procure à nouveau une étanchéité totale à la partie basse de ladite 7- enceinte 3 (Cf figure 3). Ce cycle est répété dès la détection d'un autre objet 1 en sortie de la ligne de coulée continue 2. On observera que, dans les phases du procédé décrites plus haut, il n'est bien sûr pas nécessaire de dégager complètement l'induit creux 9 de l'intérieur du corps tubulaire 4; en particulier, il est tout à fait possible de prévoir que seule l'enroulement inducteur 7 se déplace dans un mouvement de va-et-vient autour du corps tubulaire 4 qui, dans cette hypothèse, est maintenu fixe par rapport à l'induit creux 9 Dans ce dernier cas, l'induit 9 est pris d'une longueur n'allant pas complètement jusqu'à la sortie de l'enceinte 3, ce qui permet au métal ou à l'alliage métallique fondu contenu dans le corps tubulaire 4 de suivre la progression ou la régression verticale de l'enroulement inducteur 7 le long dudit corps tubulaire 4; dans ces conditions: lorsque l'enroulement inducteur 7 est en position basse, le champ magnétique glissant agit sur le produit métallurgique 1 seulement pour l'essuyer et interdire toute fuite hors de l'enceinte 3 (situation de galvanisation comparable à celle de la figure 2), lorsque l'enroulement inducteur 7 est en position haute, le champ magnétique glissant agit sur l'induit creux 9 (situation comparable aux figures 1 et 3). Bien entendu, les géométries extérieure et intérieure de l'induit creux 9 sont adaptées à la section droite des objets métallurgiques 1 à traiter ainsi qu'à celle du corps tubulaire 4 En outre, les tailles respectives de l'induit creux 9 et des objets 1 devant y transiter sont calculées pour, d'une part, éviter tout contact ou frottement entre eux, et d'autre part, faire en sorte que, du point de vue de l'enroulement inducteur 7, l'énergie à fournir pour maintenir le bain de métal ou d'alliage métallique fondu dans l'enceinte 3 soit sensiblement identique, que ce soit lorsque ledit induit 9 se trouve au milieu de l'orifice de sortie 6 du corps tubulaire 4, ou que ce soit lorsqu'un objet 1 traverse -8- ledit orifice 6. Conformément à une autre caractéristique de lrinvention, le corps tubulaire 4 est réalisé à partir d'un matériau préférentiellement non mouillable par le métal ou l'alliage métallique fondu nécessaire à la galvanisation; par exemple, le corps tubulaire 4 pourra être recouvert intérieurement d'un matériau céramique De même, il est évident pour l'homme du métier ordinaire que le corps tubulaire 4 doit être perméable au champ magnétique, au moins au niveau de son orifice de sortie 6, de manière à permettre au champ glissant généré en son centre par l'enroulement inducteur 7 puisse se propager, selon la phase de fonctionnement de l'installation, jusqu'à l'induit creux 9 ou jusqurà l'objet métallurgique 1 traversant ledit orifice de sortie 6. On notera également qu'un classique dispositif de chauffage, par exemple par induction électromagnétique ou par effet Joule, est agencé autour du corps tubulaire 4 pour maintenir le métal ou l'alliage métallique fondu à une température supérieure à sa température de fusion. Par ailleurs, selon un mode d'exécution préférentiel de la présente invention, la partie de l'installation reliant la sortie de la ligne de coulée continue 2 et l'orifice d'entrée 5 du corps tubulaire 4 de l'enceinte de galvanisation 3 est maintenue sous atmosphère contrôlée d'un gaz neutre ou légèrement réducteur L'enceinte 3 peut elle-même être préférentiellement mise sous atmosphère contrôlée, ainsi d'ailleurs que sa sortie Cette protection gazeuse permet d'éviter toute oxydation de surface des objets 1 avant qu'ils ne soient recouverts de leur revêtement protecteur. Enfin, il est souhaitable de refroidir énergiquement les objets 1 recouverts à leur sortie de l'enceinte de galvanisation 3; ceci permet de stopper très rapidement la croissance des couches intermétalliques se formant à l'interface entre le revêtement protecteur et le fer ou l'acier constituant des objets métallurgiques 1 Ce refroidissement est aussi nécessaire à l'achèvement de 9 - tous les procédés de forgeage par coulée continue. On notera également que, selon le procédé mis en oeuvre selon l'invention, tout décapage chimique, ou mécanique par grenaillage, ainsi que tout fluxage éventuel, deviennent inutiles avant les opérations de galvanisation; ceci procure des avantages considérables sur la qualité du revêtement obtenu, d'une part, et, d'autre part, sur l'élimination des risques de fragilisation des objets 1 par attaque chimique due aux acides (fragilisation par l'hydrogène de l'eau de dissolution des acides de décapage normalement employés avant toute galvanisation). Dans une seconde variante de l'invention qui sera décrite en référence aux figures 4 à 6, on a choisi d'équiper une ligne de coulée continue 2 horizontale avec une installation de galvanisation en ligne comportant une enceinte 10 qui soit disposée horizontalement Dans ce cas de figure, l'absence d'effet gravitaire contribuant à supprimer les problèmes d'étanchéité au niveau de l'orifice d'entrée 5 du corps tubulaire 4 d'une enceinte de galvanisation verticale, telle que l'enceinte 3 (Cf figure 1 à 3) doit être compensée par l'agencement, du côté de l'orifice d'entrée 11 du corps tubulaire 12 de l'enceinte horizontale 10: soit d'une vanne électromagnétique formée par un enroulement inducteur 13 entourant un induit creux 14, d'un matériau à forte perméabilité magnétique, pour le passage des objets métallurgiques 1 à recouvrir, cet enroulement inducteur 13 étant connecté électriquement à une source de courant polyphasé d'intensité réglable, de manière à créer un champ glissant orienté vers l'intérieur dudit corps tubulaire 12. soit d'un dispositif obturant l'enceinte 10 du côté de son orifice d'entrée 11; ce second cas, s'il procure effectivement l'économie de l'enroulement inducteur 13 et de son alimentation électrique, conduit à assujettir les déplacements relatifs du corps tubulaire 12 et de l'induit creux 14. - Par ailleurs, il est clair que, pour maintenir la bulle de métal ou d'alliage métallique fondu à l'intérieur de l'enceinte de galvanisation 10, il convient d'agencer une seconde vanne électromagnétique autour de l'orifice de sortie 15 de ladite enceinte 10, cette vanne comportant un enroulement inducteur 16 susceptible d'entourer l'induit creux 14, cet enroulement inducteur 16 étant connecté électriquement à une source de courant polyphasé 17 d'intensité réglable, de manière à créer un champ glissant orienté vers l'intérieur dudit corps tubulaire 12. On observera également qu'il se pose un problème d'étanchéité entre l'induit creux 14 et le produit métallurgique 1 du côté de l'orifice de sortie 15 de l'enceinte 10 En effet, sauf à déplacer l'enroulement inducteur 16 dans le même sens que le produit métallurgique 1 au fur et à mesure du passage de ce dernier au travers de l'enceinte 10 (Cf figure 5) ce qui permet au champ magnétique glissant généré par ledit enroulement 16 de venir se boucler sur ledit produit 1, et donc d'étancher l'enceinte 10 en aval -, il conviendrait: soit d'abaisser l'intensité dudit champ magnétique glissant pour éviter que le métal ou l'alliage métallique fondu soit refoulé dans l'espace annulaire laissé libre entre la paroi intérieure de l'induit creux 14 et le produit métallurgique 1, source d'une fuite de métal ou d'alliage vers l'amont de l'enceinte 10, soit de déplacer l'induit creux 14 pour obtenir, au milieu de l'enroulement inducteur 16, un champ de force moins intense qui repousse alors moins le métal ou l'alliage fondu dans ledit espace annulaire. Dans tous les cas, le risque pour que la fuite de métal ou d'alliage vers l'amont de l'enceinte 10 soit trop important n'est pas négligeable, et, suivant une caractéristqiue complémentaire de la présente invention,35 il est ainsi prévu d'agencer en amont de l'enceinte 10, à savoir du côté de l'orifice d'entrée 11 du corps tubulaire 12, un moyen de production d'une contrepression susceptible d'agir à l'encontre du refoulement de métal ou 1 l - d'alliage métallique fondu dans l'espace annulaire de l'induit creux 14 et du produit métallurgique 1 en train d'être recouvert et essuyé Préférentiellement, ce moyen de production, non représenté sur les figures, délivre un flux d'un gaz neutre simulant un effet de gravité du métal fondu comparable à celui agissant pour interdire le refoulement du métal vers le haut dans l'enceinte de galvanisation verticale 3 de la première variante de l'invention (Cf figures 1 à 3). Au f ur et à mesure que le produit métallurgique 1 sort de l'enceinte de galvanisation 10, l'enroulement inducteur 16 est ramené autour de l'induit creux 14 de manière à ce que, lorsque ledit produit 1 émerge complètement de l'orifice de sortie 15, l'étanchéité de l'enceinte 10 soit parfaitement assurée en aval. Bien entendu, toutes les caractéristiques complémentaires de l'installation spécifiquement adaptée au cas de la coulée continue verticale peuvent être reproduites dans le cas de la coulée continue horizontale, à savoir le maintien des produits métallurgiques 1 sous atmosphère neutre ou légèrement réductrice, ainsi que leur refroidissement rapide après galvanisation. 12 - REVENDICATIONS 1 Procédé pour la galvanisation en ligne d'objets métallurgiques ( 1) discontinus, tels que des tubes, des cornières, des profilés, des tôles ou analogues, sortant d'une ligne de coulée continue ( 2) verticale ou horizontale, caractérisé en ce que lesdits objets ( 1) sont galvanisés dès que leur température, en sortie de ladite ligne de coulée continue ( 2), atteint la température d'un bain de revêtement d'un métal ou d'un alliage métallique fondu, contenu dans une enceinte de galvanisation ( 3, 10) étanche pourvue d'orifices d'entrée ( 5, 11) et de sortie ( 6, 15) alignés sur l'axe de défilement desdits objets ( 1). 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les objets métallurgiques ( 1) sont énergiquement refroidis à leur sortie de l'enceinte de galvanisation ( 3, ).