Brevet FR2689909A1 — publié le 19931015

PROCEDE ET INSTALLATION D'ELABORATION DE PRODUITS METALLURGIQUES FINIS ET GALVANISES La présente invention concerne un procédé et une installation pour l'élaboration de produits métallurgiques finis et galvanisés à partir d'acier doux brut de forge. L'invention simplifie notamment la fabrication de barres tréfilées et galvanisées, ainsi que de fils tréfilés, crantés et galvanisés, destinés à la construction mécanique. L'obtention de produits métallurgiques finis et galvanisés, en particulier des barres galvanisées et des fers à béton galvanisés, est actuellement effectuée en au moins deux étapes successives, à savoir une première étape d'élaboration de produits en acier laminé, ou tréfilé et cranté à froid, et une seconde étape de galvanisation de ces produits afin de les protéger contre la corrosion. Cette dernière phase peut être elle-même pratiquée dans une installation de galvanisation classique, dite au trempé, ou dans une installation de galvanisation en ligne telle que décrite dans le brevet (Delot Process FRG-FR1/4). Or, il est évident que la galvanisation de produits finis ou semi-finis présente certaines contraintes et, en particulier, on a répertorié les inconvénients suivants - l'obtention d'un revêtement de galvanisation d'épaisseur uniforme sur les fers à béton n'est possible que dans la mesure où l'on dispose d'un dispositif d'essuyage capable de maîtriser l'épaisseur déposée sur, notamment, les crans desdits fers à béton ; or, de tels dispositifs, nécessairement électromagnétiques, sont complexes et coûteux à réaliser. - du fait de la rugosité intrinsèque des produits à galvaniser, la vitesse de galvanisation est limitée par le respect des contraintes d'essuyage. - étant donné que- le laminage à froid, ou le tréfilage et le crantage de billettes en acier doux, nécessite une lubrification abondante des outillages, il est courant de retrouver des lubrifiants (savons de laminage, ...) dans les bains de galvanisation. - le stockage et le transport des produits à galvaniser issus des ateliers de laminage et de tréfilage vers les installations de galvanisation, normalement situées sur un autre site, limite considérablement les applications de la galvanisation, notamment en ligne, pour des raisons économiques évidentes. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé d'élaboration de produits métallurgiques finis et galvanisés à partir de billettes ou analogues en acier doux brut de forge, caractérisé en ce que les opérations de galvanisation et de tréfilage desdites billettes sont effectuées, dans cet ordre, sur une installation intégrée. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, comportant au moins un dispositif de galvanisation, au trempé ou en ligne, suivi d'un poste de laminage, ou de tréfilage et, le cas échéant, d'un poste de crantage. Dans une variante d'exécution préférentielle, cette installation comportera successivement, et dans l'ordre, au moins les postes suivants - un poste de grenaillage, ou un poste de décapage et de fluxage, - un poste de chauffage, - une enceinte de galvanisation, - un poste de laminage, par exemple de laminage en cannelures, ou un poste de tréfilage. Avantageusement, les postes énumérés précédemment seront alignés suivant la direction de défilement des produits à traiter, de sorte à ce que ces derniers soient traités en ligne. Ce procédé, qui sera ci-après dénommé "procédé de galvano-tréfilage", propose donc d'inverser l'ordre habituel des deux opérations de galvanisation et de laminage/tréfilage des billettes, et d'exécuter ces deux même s opérations dans une installation intégrée unique permettant de minimiser les coûts de structure d'une part, et, d'autre part, d'améliorer très sensiblement la rentabilité des procédés classiques. D'une manière inattendue, le traitement successif et direct des billettes, d'abord galvanisées avant d'être laminées ou tréfilées, procure des avantages considérables sur la qualité des produits obtenus. En particulier, on a mis en évidence que, du fait que la galvanisation est effectuée sur des billettes présentant une surface relativement lisse, les problèmes normalement liés à la rugosité des produits sont inexistants. Une conséquence heureuse de cet avantage consiste en ce que l'essuyage, par exemple par des moyens électromagnétiques, est mieux contrôle, ce qui permet également d'augmenter la vitesse de défilement des produits au travers du bain de galvanisation. Un autre avantage procuré par l'invention dans le cas où l'installation comporte une enceinte de galvanisation en ligne, telle que décrite dans le brevet FRG-FR-1/4 déjà mentionné, résulte du fait que les billettes présentent un diamètre évidemment supérieur à celui des produits finis déjà étirés qui sont normalement galvanisés dans cette même enceinte ; on comprend bien, en effet, que l'augmentation directe du diamètre des objets traversant l'enceinte permet de diminuer l'intensité du champ électromagnétique qui est nécessaire au maintien de la bulle d'alliage métallique en fusion, contenue dans ladite enceinte, ce qui réduit avantageusement la consommation électrique des enroulements inducteurs générant ledit champ électromagnétique. D'une manière générale, les revêtements, par exemple de zinc, obtenu sur les produits finis galvanisés sont plus brillants que les revêtements classiques, ce qui indique une qualité supérieure des dépôts ; on peut attribuer cet avantage au fait que les billettes, brames et analogues sont en fait très peu polluées lorsqu'elles pénètrent dans le bain de galvanisation, ce qui garantit une meilleure a adhérence du dépôt de zinc, et une uniformité améliorée de son épaisseur. Dans une variante de l'invention destinée à l'obtention de fers à béton galvanisés, le poste de tréfilage est suivi d'un poste de crantage. Ici encore, on a pu mettre en évidence que les tolérances sur les dimensions géométriques des fers crantés et galvanisés, obtenus par ce procédé, étaient mieux respectées que par le procédé classique consistant à galvaniser les fers à béton déjà crantés. En outre, bien que l'homme du métier ordinaire ait pu craindre que le crantage n'altère sérieusement le revêtement de zinc déposé sur les billettes, il s'avère qu'en fait, on observe que la couche de zinc demeure intacte, suivant ainsi parfaitement les déformations importantes qui sont imposées à l'acier sousjacent. Entre autres avantages, il convient d'observer que le procédé de galvano-tréfilage conforme à l'invention permet de réduire la quantité des savons de laminage ou de tréfilage normalement nécessaire à ces opérations, voire de les éliminer ; en effet, la couche de zinc déposée sur les billettes ou analogues joue un rôle prépondérant dans la lubrification des produits à laminer, à tréfiler ou à cranter, la plasticité de cette même couche étant normalement supérieure à celle des couches superficielles de l'acier sous-jacent. On a même pu mettre en évidence que la lubrification par le zinc permettait de réduire la puissance nécessaire au forgeage, notamment à froid, des billettes, avec l'avantage évident d'une consommation d'énergie moindre. En outre, étant donné que la galvanisation élève la température des billettes entre 450 et 5500 C, il peut s'avérer avantageux, dans certaines conditions, de refroidir moins rapidement les billettes que dans les procédés classiques ; on rappelle que ce refroidissement a généralement pour but d'éviter la formation d'une couche intermétallique fer-zinc entre l'acier sous-jacent et la couche de zinc.Le fait de retarder le refroidissement, afin d'obtenir une température résiduelle d'environ 3000 C, contribue à diminuer encore la puissance nécessaire à la mise en oeuvre des opérations de laminage, de tréfilage et de crantage ; à cet égard, on comprend que seule une installation intégrée conforme à la présente invention permette de conserver une partie de l'énergie de galvanisation pendant le temps nécessaire au laminage ou au tréfilage à chaud des produits galvanisés. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'une installation de galvano-tréfilage en ligne donnée à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de galvanisation classique en ligne de produits finis en acier laminé, ou tréfilé et cranté à froid, - la figure 2 est une représentation schématique de l'installation de galvano-tréfilage en ligne proposée pour l'obtention de produits finis galvanisés à partir du traitement direct de billettes ou analogues en acier doux brut de forge. L'art antérieur le plus proche de l'invention est constitué par l'installation représentée schématiquement sur la figure 1, et qui présente substantiellement la même structure que celle décrite dans le brevet (FRG-FR-4 ou FRG-FR-1/4) mentionné plus haut. Cette installation classique est destinée au traitement de produits en acier laminé, ou en acier tréfilé, ou en acier tréfilé et cranté, à savoir des barres, des profilés, des fils machine, des fers à béton ou tous produits analogues normalement allongés, et défilant au travers de ladite installation d'une manière continue ou discontinue.Par exemple, dans le cas de fers à béton 1 tels que représentés sur le détail agrandi de la figure 1, l'installation antérieure comporte un premier poste de redressage et d'entraînement 2, disposé en amont d'une unité de préchauffage 3, par exemple par induction, ellemême suivie d'une unité de grenaillage 4 et d'une unité de chauffage 5, également par induction. Les fers à béton 1 décapés et chauffés à une température comprise entre 4500 et 5500 C, lorsqu'il s'agit d'une galvanisation au zinc, traversent ensuite une enceinte de galvanisation en ligne 6 pourvue, à ses extrémités, de moyens d'étanchéité non représentés sur le dessin, mais qui sont connus en eux-mêmes par l'homme de l'art.Le cas échéant, le moyen d'étanchéité, par exemple électromagnétique, placé en sortie de l'enceinte 6 permet d'essuyer les fers à béton 1 galvanisés, c'est-à-dire de contrôler l'épaisseur de la couche de zinc la déposée. Les fers à béton 1 sont alors refroidis, normalement à l'eau, dans une unité de refroidissement 7, également placée en ligne devant un second poste de redressage et d'entraînement 8 conduisant les fers à béton 1 galvanisés et refroidis vers des bobines de stockage 9. Sur le dessin, on a également représenté, au même niveau que les bobines 9, une unité de stockage de barres galvanisées 10, la même installation, à quelques aménagements dimensionnels près, pouvant servir à traiter des barres, profilés et autres produits finis discontinus. L'installation de galvano-tréfilage conforme à l'invention, qui sera décrite en référence à la figure 2, est également destinée à l'obtention de produits finis en acier, normalement allongés, continus ou discontinus, mais directement à partir de billettes 11, de brames ou analogues en acier brut de forge. A cet effet, cette installation comporte, dans l'exemple non limitatif choisi, un premier poste de redressage et d'entraînement 12 disposé à l'avant d'une unité de préchauffage 13, par exemple par induction, d'une unité de grenaillage 14 et d'une unité de chauffage 15, également par induction, ces divers éléments ayant normalement la même structure que leurs analogues respectifs représentés sur la figure 1. On a observé que le grenaillage des billettes 11 était beaucoup plus efficace et plus rapide que celui de barres, de profilés ou de fers à béton tels que 1, d'une part en raison du fait que les billettes 11 sont plus lisses et plus larges, et d'autre part en raison de la plus grande propreté des surfaces à décaper sur lesquelles il n'existe évidemment aucune trace d'un quelconque lubrifiant de laminage ou de tréfilage (tout au plus peutil subsister quelques dépôts de verre dans le cas de billettes 11 produites par des procédés tels que celui connu sous le nom de procédé Ugine-Séjournet). De même, lorsque les billettes l1 sont chauffées par induction, ce qui est préférentiellement le cas de la présente invention, il est évident que la consommation d'énergie est réduite par rapport au chauffage de fers, de barres ou de profilés d'un diamètre naturellement plus petit que celui desdites billettes 11. Une fois décapées et chauffées, les billettes 11 traversent alors une unité de galvanisation 16, préférentiellement en ligne, et avantageusement pourvue à ses deux extrémités de moyens d'étanchéité électromagnétiques, d'un type connu par l'homme de l'art. Le moyen d'étanchéité placé à la sortie peut, conformément aux enseignements du brevet FR-(FRG-1/4) déjà mentionné, servir à essuyer les billettes 11 galvanisées, cet essuyage étant bien entendu beaucoup plus facile à contrôler sur la surface lisse et de révolution desdites billettes 11, que sur la surface relativement rugueuse et géométriquement dissymétrique de barres, de profilés ou de fers à béton tels que 1. Conformément à la présente invention, les billettes 11 galvanisées sont prises en charge, en sortie de l'enceinte de galvanisation 16, par un poste de tréfilage 17, ou de laminage, ou de laminage en cannelures, lequel est suivi, le cas échéant, d'un poste de crantage 18 pour la fabrication de fers à béton. Comme on l'a déjà dit plus haut, il est inutile de prévoir aucun apport d'un lubrifiant de laminage, le zinc jouant, en l'espèce, parfaitement ce rôle. Les produits finis galvanisés, par exemple les fers à béton 1 recouverts d'une couche de zinc la de très bonne adhérence et très brillante, sont soit enroulés sur des bobines 19, soit stockés dans une unité de stockage 20 pour ce qui concerne les barres et autres produits de longueur finie. D'une manière générale, la rentabilité et l'efficacité du procédé de galvano-tréfilage en ligne conforme à l'invention sont améliorées dans des proportions importantes pour la raison suivante : pour un même poids d'acier, le traitement direct de billettes 11 non laminées et non tréfilées est beaucoup plus rapide que celui de barres, de profilés, de fils machine ou de fers à béton crantés obtenus après un laminage ou un tréfilage des mêmes billettes 11, la réduction de section de ces dernières pouvant en effet atteindre 22 à 27 % dans les cas les plus courants. Par conséquent, la longueur des billettes Il est moindre que celle des produits finis qu'elles permettent d'obtenir, ce qui permet de galvaniser une même quantité d'acier dans un temps plus court. En outre, la vitesse de laminage ou de tréfilage des billettes 11 est toujours supérieure à la vitesse de galvanisation ; cet effet résulte bien sûr de l'augmentation de longueur des billettes 11 en cours d'étirement ou d'écrasement entre les rouleaux des laminoirs. Ainsi, en définissant la vitesse de galvanisation par rapport à la longueur des produits finis galvanisés, et non par rapport à celle des billettes 11, le gain de productivité procuré par le procédé conforme à l'invention est énorme en regard de la vitesse de galvanisation de produits finis par l'intermédiaire de l'installation antérieure représentée sur la figure 1. Bien entendu, si l'on considère la quantité de zinc devant être déposée in fine sur les produits finis galvanisés, il conviendra de revêtir les billettes 11 avec une épaisseur de zinc qui soit supérieure à celle normalement déposée sur les produits finis traités conventionnellement, par exemple dans l'installation antérieure représentée sur la figure 1 ; l'épaisseur nominale de zinc est alors obtenue suite au laminage ou au tréfilage des billettes Il, le zinc se répartissant d'une manière très uniforme sur leur surface. Enfin, on peut noter que le procédé de galvanotréfilage suivant l'invention permet de produire beaucoup plus facilement qu'auparavant des produits finis de petite section. En effet, les enceintes de galvanisation en ligne, du type préférentiellement utilisé dans l'exemple d'exécution décrit plus haut, sont mal adaptées au traitement de produits de faible diamètre, en raison même de la configuration des moyens électromagnétiques d'étanchéité et d'essuyage utilisés ; la galvanisation de billettes 11 effectuée préalablement au tréfilage rend ainsi plus commode la production de ces produits finis de petite section. L'installation de galvano-tréfilage en ligne décrite précédemment n'est pas limitative de la présente invention et, en particulier, il est tout à fait équivalent d'employer une enceinte de galvanisation au trempé disposée à l'arrière d'un poste de décapage et de fluxage, et suivie, conformément à la description précédente, de postes de tréfilage/laminage et de crantage. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'élaboration de produits métallurgiques finis et galvanisés à partir de billettes ou analogues en acier doux brut de forge, caractérisé en ce que les opérations de galvanisation et de tréfilage desdites billettes sont effectuées, dans cet ordre, sur une installation intégrée. 2 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant au moins un dispositif de galvanisation, au trempé ou en ligne, suivi d'un poste de laminage, ou de tréfilage et, le cas échéant, d'un poste de crantage. 3 - Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comporte successivement, et dans l'ordre, au moins les postes suivants - un poste de grenaillage, ou un poste de décapage et de fluxage, - un poste de chauffage, - une enceinte de galvanisation, - un poste de laminage, par exemple de laminage en cannelures, ou un poste de tréfilage. 4 - Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte successivement, et dans l'ordre, au moins les postes suivants - un poste de redressage et d'entrainement des billettes, - un poste de préchauffage, - un poste de grenaillage, ou un poste de décapage et de fluxage, - un poste de chauffage, - une enceinte de galvanisation, - un poste non obligatoire de refroidissement, - un poste de laminage, par exemple de laminage en cannelures, ouun poste de tréfilage. 5 - Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les postes de traitement de ladite installation sont normalement alignés suivant la direction de défilement des produits à traiter, de sorte à ce que ces derniers soient traités en ligne. 6 - Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'enceinte de galvanisation est une enceinte de galvanisation en ligne. 7 - Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le poste de tréfilage est suivi d'un poste de crantage des produits traités.