Brevet FR2799767A1 — publié le 20010420

DISPOSITIF DE REVETEMENT AU TREMPE DE BANDES METALLIQUES EN DEFILEMENT PAR UNE COUCHE D'UN METAL INITIALEMENT A L'ETAT LIQUIDE L'invention concerne le revêtement au trempé des bandes métalliques en défilement, notamment la galvanisation des bandes d'acier. Plus précisément, elle concerne les installations de revêtement dans lesquelles la bande pénètre dans un récipient contenant le métal liquide de revêtement à travers le fond de ce récipient. Les installations de galvanisation des bandes d'acier en défilement comportent traditionnellement un récipient contenant l'alliage de zinc à l'état liquide. La bande pénètre dans le bain d'alliage de zinc en traversant la surface dudit bain selon une direction oblique descendante, puis est orientée selon une direction verticale ascendante par un ou des rouleaux immergés dans le bain. Elle sort du bain selon cette même direction verticale ascendante et passe ensuite dans des dispositifs, tels que des buses d'essorage, chargés de refroidir le revêtement et d'égaliser son épaisseur. De tels dispositifs ont pour principaux inconvénients - de nécessiter l'emploi de récipients de grandes dimensions, renfermant une masse importante d'alliage de zinc devant être chauffé pour le maintenir à l'état liquide, ce qui est coûteux en énergie ; - d'imposer aux rouleaux qui orientent la bande verticalement une immersion dans le bain d'alliage de zinc liquide, donc des conditions d'utilisation difficiles qui rendent leur construction complexe. Ces dernières années, on a étudié le développement d'installations de galvanisation qui résolvent ces inconvénients. Elles comportent un récipient chauffé renfermant l'alliage de zinc liquide, composé de deux parties superposées. La partie inférieure du récipient (appelée chenal ) a une section transversale rectangulaire, dont les dimensions sont généralement de peu supérieures à la largeur et à l'épaisseur de la bande à revêtir. La partie supérieure du récipient a une section transversale plus importante, donc une forme évasée par rapport au chenal. L'ensemble du récipient forme un mini- creuset , appelé ainsi en raison de sa capacité totale nettement inférieure à celle des récipients de galvanisation habituels. La bande pénètre dans le mini-creuset à travers une fente ménagée dans le fond du chenal, les dimensions de cette fente étant très légèrement supérieures à la largeur et à l'épaisseur de la bande. La hauteur totale du mini-creuset permet à l'ensemble du bain liquide d'avoir une profondeur telle que la bande le traverse sur une longueur assurant son revêtement par une couche d'alliage de zinc ayant l'épaisseur habituelle en galvanisation. A l'extérieur du chenal et de part et d'autre de ses parois de plus grandes dimensions, le mini-creuset est flanqué par des inducteurs à champ glissant qui créent à l'intérieur du bain présent dans le chenal des forces électromagnétiques maintenant l'alliage de zinc en lévitation. Cette lévitation empêche le bain de s'écouler hors du chenal par l'espace étroit laissé libre entre la bande et la périphérie de la fente. Les inducteurs agissent donc comme une vanne électromagnétique qui serait constamment en position fermée. Leurs culasses ont, généralement, une largeur supérieure à celle du chenal, de manière à ce que leur action s'exerce assurément de manière suffisante sur l'ensemble de la largeur de la section du chenal, en particulier sur l'ensemble de la largeur de la fente. Un exemple de telle installation est décrit, notamment, dans les documents W094/13850 et WO 93/18198. Dans cette configuration, il faut que les inducteurs imposent au bain liquide à l'intérieur du chenal un champ électromagnétique d'intensité élevée, environ 0,3 T, pour assurer une bonne étanchéité du mini-creuset dans sa partie inférieure. Les champs magnétiques créés par chaque inducteur agissent également sur la bande en défilement. Si la bande est bien centrée dans le chenal par ses moyens de mise en défilement, et si les champs magnétiques générés par chaque inducteur sont d'intensités rigoureusement égales, l'installation fonctionne correctement. En revanche, si ces conditions ne sont pas satisfaites, les forces électromagnétiques agissant sur la bande ne s'annulent plus mutuellement, et la bande tend à être attirée préférentiellement vers l'une ou l'autre des grandes parois du chenal. Et si cette attirance provoque un contact durable entre la bande et la paroi, il y a un risque sérieux d'apparition de défauts, tels que des rayures, sur la surface de la bande. Egalement, ce contact perturbe gravement les conditions d'initiation du dépôt de zinc sur la face de la bande concernée, et peut conduire à des irrégularités et à des asymétries dans l'épaisseur du dépôt de zinc. Bien entendu, ce problème se pose sur toute installation de revêtement au trempé de bandes métalliques sensibles aux champs magnétiques construite selon ce type, et pas seulement dans le cas spécifique de la galvanisation de bandes d'acier. Le but de l'invention est de proposer un dispositif de revêtement du type que l'on vient de décrire, dans lequel on n'observerait pas l'apparition de défauts à la surface de la bande lorsque toutes les conditions d'un bon centrage de celle-ci dans le chenal ne seraient pas réunies. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de revêtement au trempé de bandes métalliques en défilement par une couche d'un métal initialement à l'état liquide, du type comportant - un mini-creuset pourvu de moyens de chauffage renfermant ledit métal liquide, ledit mini-creuset étant composé d'un bac et d'un chenal de largeur intérieure (1.) connecté au fond du bac, le fond dudit chenal étant muni d'une fente de dimensions légèrement supérieures à la largeur (1) et à l'épaisseur (e) de la bande à revêtir ; - et des inducteurs à champ glissant dont la largeur (1 ) est supérieure à la largeur (If) de la fente, disposés face aux grandes parois du chenal, créant dans le chenal des forces électromagnétiques mettant le métal liquide en lévitation et empêchant sa fuite par la fente ; caractérisé en ce qu'il comporte des échangeurs de chaleur tubulaires refroidis par circulation interne d'un fluide, disposés transversalement et de manière étagée sur chacune desdites grandes parois du chenal, et agissant sur le métal liquide présent à l'intérieur du chenal, et des moyens de pilotage du fonctionnement desdits échangeurs. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à refroidir le métal liquide de revêtement présent dans le chenal au voisinage de ses grandes parois, face à un nombre limité de zones disposées transversalement auxdites parois et de manière étagée. On conduit ce refroidissement de manière à créer au voisinage de chacun des échangeurs tubulaires une zone à la périphérie de laquelle le métal de revêtement se trouve à l'état pâteux. Si pour une raison ou pour une autre la bande en défilement est décentrée et tendrait à venir au contact d'une portion de la paroi où est implanté un échangeur, la bande vient buter non contre la paroi, mais contre la zone pâteuse générée par l'échangeur. La surface de la bande en défilement est donc soumise à des conditions de frottement douces, qui ne risquent pas de provoquer l'apparition de rayures. Une disposition et un nombre adéquats de ces échangeurs permettent d'éviter tout contact entre la bande et la paroi du chenal sur toute la hauteur du chenal. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, donnée en référence aux figures annexées suivantes - la figure 1 qui montre schématiquement, vu de face en coupe selon la-la sur la figure la et vu de gauche en coupe selon Ib-lb sur la figure lb, un dispositif de revêtement au trempé d'une bande métallique en défilement selon l'art antérieur , - la figure 2 qui montre schématiquement un dispositif de revêtement au trempé d'une bande métallique en défilement selon l'invention, vu de face en coupe selon IIa-IIa sur la figure 2a et vu de gauche en coupe selon IIb-IIb sur la figure 2b ; - la figure 3 qui montre une vue partielle en coupe selon un plan similaire à IIb- IIb d'une variante de l'invention. Le dispositif de revêtement au trempé de la figure 1 est représentatif de l'art antérieur, et, sans que cet exemple soit limitatif, on supposera dans la suite de la description (comme pour les différents dispositifs selon l'invention) qu'il est utilisé pour la galvanisation de bandes d'acier. Il comporte un mini-creuset 1, composé lui-même de deux parties raccordées l'une à l'autre. Sa partie supérieure 2 (qu'on désignera dans la suite de la description par le terme bac ) est un récipient parallélépipédique chauffé, par exemple par induction au moyen d'une bobine 3 qui l'entoure, de manière à maintenir à l'état liquide le bain d'alliage de zinc 4 contenu dans le mini-creuset 1. Sa partie inférieure 5 (qu'on désignera dans la suite de la description par le terme chenal ) est raccordée au fond 6 du bac 2, et c'est par ce chenal 5 que la bande 7 à galvaniser pénètre dans le mini- creuset 1 selon une direction verticale ascendante. La section transversale interne du chenal 5 a des dimensions 1, , e, qui excèdent de peu respectivement la largeur 1 et l'épaisseur e de la bande 7. Dans le cas général, sa section transversale est donc sensiblement plus réduite que celle du bac 3. Des inducteurs 8, 8' à champ glissant créent au sein du bain liquide 4 présent dans le chenal 5 des forces électromagnétiques qui mettent ce bain liquide 4 en lévitation et évitent ainsi qu'il ne s'échappe par la fente 9, à travers laquelle la bande 7 pénètre dans le chenal 5. A cet effet, leur largeur 1; doit être au moins légèrement supérieure à la largeur de la fente 9. Les inducteurs 8, 8' ont, dans l'exemple d'installation représenté, une largeur 1; qui excède notablement la dimension correspondante 1. du chenal 5. La surface inférieure 10 du bain liquide 4 présent dans le chenal 5 est, en général, légèrement décollée du fond 11 du chenal 5. La hauteur totale H de bain liquide 4 présente dans le mini-creuset 1 est adaptée au dépôt sur les deux faces de la bande 7 d'une couche de zinc 12 ayant l'épaisseur recherchée, compte tenu des différents autres paramètres opératoires tels que la vitesse de défilement de la bande 7, qui déterminent le temps de séjour de la bande 7 dans le mini-creuset 1. Normalement, la bande 7 doit suivre un parcours rectiligne à l'intérieur du chenal 5, et donc être en permanence à l'écart des grandes parois 13, 13' du chenal 5. Toutefois, comme on l'a représenté sur la figure 1, il peut arriver que, suite à un défaut de centrage de la bande 7 ou à une dissymétrie dans les actions des champs électromagnétiques générés par les inducteurs 8, 8', la bande 7 soit attirée vers l'une desdites grandes parois 13, 13' et vienne frotter contre elle sur une partie au moins de la hauteur du chenal 5, au risque de provoquer les défauts dont on a précédemment parlé. L'installation selon l'invention représentée sur la figure 2 (ses éléments communs avec l'installation selon l'art antérieur de la figure 1 sont désignés par les mêmes références) résout ce problème de la manière suivante. Les grandes parois 13, 13' du chenal incorporent des éléments refroidissants, sous forme d'échangeurs de chaleur tubulaires 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20. Ces échangeurs 14-20 sont des tubes cylindriques dont la surface extérieure fait saillie dans l'espace intérieur du chenal 5, et à l'intérieur desquels circule un fluide refroidissant, tel que de l'eau ou un gaz liquéfié. Les échangeurs 14-20 ont pour fonction, lors de l'opération de galvanisation, de refroidir localement le bain liquide 4 au voisinage de leur surface jusqu'à une température un peu inférieure à son liquidus (qui est de 420 C environ pour les alliages de zinc utilisés en galvanisation). On forme ainsi, dans ce voisinage, une zone dite pâteuse , qui comporte une certaine proportion de cristaux solides dispersés dans le bain liquide 4, cette proportion étant de plus en plus importante à mesure que l'on se rapproche de la surface de l'échangeur 14-20. Ces zones pâteuses localisées présentent une viscosité significativement supérieure à celle du restant du bain 4, qui est entièrement liquide, et peuvent ainsi opposer une résistance à la bande 7 lorsque celle-ci, comme représenté, tend à s'écarter de sa trajectoire idéale au risque d'aller frotter contre l'une des grandes parois 13, 13'. Sur la figure 2b, on voit que, par rapport à la figure 1, l'action de l'échangeur 17, principalement, contribue à éviter que la bande 7 ne vienne frotter contre la paroi 13, contrairement à ce qui se passe sur l'installation de l'art antérieur représentée sur la figure 1. Il est, bien entendu, tolérable que l'alliage de revêtement se retrouve sous forme solidifiée au voisinage immédiat des échangeurs l4-20. Mais il faut que la zone pâteuse soit suffisamment épaisse et dense pour empêcher que la bande 7 ne vienne au contact de la croûte solidifiée entourant l'échangeur 14-20, du moins dans les cas où les duretés respectives de la bande 7 et de la croûte solidifiée sont telles qu'il y a un risque de rayer la surface de la bande 7, de sorte que le problème technique à la base de l'invention ne serait pas résolu. Les échangeurs 14-20 sont également munis de moyens (non représentés) de pilotage de leur fonctionnement, de manière à régler la température et/ou le débit du fluide de refroidissement qui les traverse en conférant des épaisseurs convenables aux zones pâteuses qu'ils génèrent dans le bain liquide 4. Des moyens de mesure du débit de fluide de refroidissement traversant chaque échangeur et des températures de ce fluide à l'entrée et à la sortie de chaque échangeur 14-20, ainsi que des moyens de contrôle du débit de fluide de refroidissement et/ou de sa température d'entrée dans chaque échangeur l4-20 sont les organes essentiels de ces moyens de pilotage. A cet effet, on peut aussi placer dans les parois 13, 13' du chenal 5 des thermocouples débouchant dans les régions où il est souhaitable qu'une zone pâteuse soit formée, ou à proximité de ces régions, de manière à y déterminer par la mesure ou le calcul la température effective du métal de revêtement 4 et à s'assurer qu'elle se trouve bien dans les limites souhaitées, et, si ce n'est pas le cas, à déterminer les actions correctrices à effectuer pour ramener ladite température dans ces limites. Le nombre de ces échangeurs et la distance qui les sépare peuvent varier d'une installation à l'autre, en fonction notamment de la longueur du chenal 5, de la vitesse et de la flexibilité de la bande 7 qui déterminent l'amplitude que peuvent atteindre ses déports latéraux. A titre d'exemple, si le chenal a une hauteur de 1 m, trois ou quatre échangeurs espacés de 200 mm environ peuvent convenir. Un nombre d'échangeurs trop élevé n'est pas souhaitable, car l'abaissement de la température qu'ils provoquent génère localement la précipitation de mattes (composés intermétalliques) qui peuvent altérer la qualité de la couche de zinc déposée. Cependant, les forces de lévitation générées par les inducteurs 8, 8' tendent à accélérer la décantation de ces mattes vers la surface du bain 4, d'où on peut les éliminer. L'inconvénient représenté par la formation de ces mattes est donc minimisé dans le cadre de l'invention. En variante, comme montré sur la figure 3, on peut remplacer les tubes cylindriques des échangeurs 14-20 faisant saillie dans l'espace intérieur du chenal 5 par des échangeurs tubulaires 21 ayant au moins une face externe plane 22, cette face étant alignée avec la face interne 23 de la grande paroi 13 du chenal 5 dans laquelle l'échangeur 21 est intégré. La figure 3 montre également l'intérieur de l'échangeur 21, dans lequel circule le fluide refroidissant 24, et la zone pâteuse 25 qui empêche la bande 7 d'aller au contact de la paroi 13. Par rapport à la configuration de la figure 2, où les échangeurs 14-20 font saillie dans l'espace intérieur du chenal 5, cette variante permet de ne pas réduire localement la largeur de cet espace intérieur, donc de ne pas accentuer la nécessité d'un bon centrage de la bande 7. Les échangeurs 14-20 sont disposés de manière étagée le long du chenal 5. Comme représenté sur la figure 2, ils peuvent être disposés de manière à ce qu'un échangeur intégré à une paroi 13 ne soit pas disposé face à un échangeur intégré à l'autre paroi 13'. Disposer les échangeurs face à face resterait dans l'esprit de l'invention, mais risquerait de réduire localement la section de passage de la bande 7 dans le chenal 5 de manière excessive. Il y aurait, par exemple, un risque que dans le cas d'un pilotage temporairement défectueux des échangeurs, entraînant la formation d'une croûte solide d'alliage de revêtement trop épaisse sur au moins l'un d'entre eux, les couches solides des deux échangeurs ne prennent la bande 7 en tenaille. Le défilement de la bande 7 s'en trouverait gêné, et la surface de la bande 7 pourrait également être dégradée. REVENDICATIONS 1) Dispositif de revêtement au trempé de bandes métalliques (7) en défilement par une couche (12) d'un métal (4) initialement à l'état liquide, du type comportant - un mini-creuset (1) pourvu de moyens de chauffage (3) renfermant ledit métal liquide (4), ledit mini-creuset (1) étant composé d'un bac (2) et d'un chenal (5) de largeur intérieure (1j connecté au fond du bac (2), le fond dudit chenal (5) étant muni d'une fente (9) de dimensions légèrement supérieures à la largeur (1) et à l'épaisseur (e) de la bande (7) à revêtir ; - et des inducteurs à champ glissant (8, 8') dont la largeur (l;) est supérieure à la largeur (If) de la fente, disposés face aux grandes parois du chenal, créant dans le chenal des forces électromagnétiques mettant le métal liquide en lévitation et empêchant sa fuite par la fente ; caractérisé en ce qu'il comporte des échangeurs de chaleur tubulaires (14-20, 21) refroidis par circulation interne d'un fluide (24), disposés transversalement et de manière étagée sur chacune desdites grandes parois (13, 13') du chenal (5), et agissant sur le métal liquide (4) présent à l'intérieur du chenal (5), et des moyens de pilotage du fonctionnement desdits échangeurs (14-20). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits échangeurs (14 20) sont des tubes cylindriques faisant saillie dans l'espace intérieur du chenal (5). 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits échangeurs (21) ont au moins une face externe plane (22) alignée avec la face interne (23) de la grande paroi (13) du chenal (5) à laquelle ils sont intégrés. 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits échangeurs (14-20, 21) sont disposés de manière à ce qu'un échangeur intégré à l'une (13) des grandes parois du chenal (5) ne soit pas disposé face à un échangeur intégré à l'autre (13') des grandes parois du chenal (5).