Brevet FR2798396A1 — publié le 20010316

DISPOSITIF DE REVETEMENT AU TREMPE DE BANDES METALLIQUES DEFILEMENT L'invention concerne le revêtement au trempé des bandes métalliques 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 bac. Les installations de galvanisation des bandes d'acier en défilement comportent traditionnellement un récipient contenant le zinc à l'état liquide. La bande pénètre dans le bain de zinc 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 de zinc. 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 revêtement et d'égaliser son épaisseur. De tels dispositifs ont pour principaux inconvénients - nécessiter l'emploi de récipients de grandes dimensions, renfermant masse importante 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 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 le zinc liquide, composé de deux parties superposées. La partie inférieure du récipient (appelée chenal ) a une section transversale rectangulaire, dont les dimensions sont 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 ' l'épaisseur de la bande. La hauteur totale du mini-creuset permet à l'ensemble du bain zinc liquide d'avoir une profondeur telle que la bande le traverse sur une longueur assurant son revêtement par une couche de zinc ayant l'épaisseur habituelle en galvanisation. A l'extérieur du chenal et de part et d'autre de ses faces de plus grandes dimensions, le mini- creuset est flanqué par des inducteurs à champ glissant qui créent à l'intérieur du bain de zinc présent dans le chenal des forces électromagnétiques maintenant le zinc en lévitation. Cette lévitation empêche le zinc 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 largeur supérieure à celle du chenal, de manière à ce que leur action s'exerce assurément 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 documents W094/13850 et WO 93/l8198. Dans cette configuration, il faut imposer au zinc 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. D'autre part, comme on l'a dit, les inducteurs doivent avoir une largeur au moins égale à celle du chenal, qui peut souvent dépasser largement 1 m lorsqu'on veut revêtir des bandes de grande largeur. Ils sont donc relativement coûteux. Enfin, le champ électromagnétique important agit également sur la bande défilement, et il y a des risques que la bande soit attirée de façon privilégiée vers l'un inducteurs. Dans ce cas, elle peut venir frotter contre l'un des côtés de la fente chenal, qui risque de détériorer sa surface. but de l'invention est de proposer une configuration du mini-creuset permettant l'emploi d'inducteurs moins coûteux, parce que moins puissants et éventuellement moins larges, que dans l'art antérieur, tout en réduisant les risques de détérioration de la bande a son entrée dans le mini-creuset. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de revêtement au trempé 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 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 égale ou supérieure ' la largeur (1,) de la fente, disposés face aux grands côtés 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 que lesdits inducteurs ont une largeur (1 ) inférieure à la largeur intérieure (1, ) du chenal de manière à créer à l'intérieur du métal liquide présent dans le chenal boucles de recirculation. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à conférer au chenal une largeur excédant la largeur des culasses des inducteurs assurant la mise en lévitation du bain de métal liquide, contrairement à la pratique habituelle. Pour des raisons qui seront explicitées plus loin, on peut ainsi diminuer la puissance nécessaire des inducteurs par rapport à la pratique antérieure, et éventuellement leur conférer une largeur qui n'excède que de peu la largeur de la fente à travers laquelle la bande pénètre dans le mini-creuset. Les avantages de cette configuration et de ses variantes seront détaillés dans 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 1 a vu de gauche en coupe selon Ib-Ib sur la figure lb, un dispositif revêtement au trempé d'une bande métallique en défilement selon l'art antérieur ; - la figure 2 qui montre schématiquement un premier dispositif de revêtement au trempé d'une bande métallique en défilement selon l'invention ; - la figure 3 qui montre un agrandissement de la partie inférieure mini-creuset selon l'invention, tel que représenté sur la figure 2a ; - la figure 4 qui montre une vue en perspective du fond de la partie inférieure du mini-creuset munie d'un barrage, selon une variante de l'invention ; - la figure 5 qui montre une variante du barrage représenté sur la figure 4 ; - la figure 6 qui montre une autre variante de ce même barrage la figure 7 qui montre vue de dessus une autre variante de ce même barrage. dispositif de revêtement au trempé de la figure 1 est représentatif de l'art antérieur, et on supposera dans la suite de la description (comme pour différents dispositifs selon l'invention) qu'il est utilisé pour la galvanisation de bandes d'acier. II 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 de zinc 4 qu'il contient. 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 excédent de peu respectivement la largeur 1 et l'épaisseur e de la bande 7. Dans le général, sa section transversale est donc sensiblement plus réduite que celle du bac 3. inducteurs 8, 8' à champ glissant créent au sein du zinc liquide 4 présent dans le chenal 5 des forces électromagnétiques qui mettent ce zinc 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 La surface inférieure 10 du zinc liquide 4 présent dans le chenal 5 est donc, en général, légèrement décollée du fond 11 du chenal 5. Les inducteurs 8, 8' ont, selon l'art antérieur une largeur 1; qui excède notablement la dimension correspondante 1, du chenal et, fortiori, la largeur 1 f de la fente 9. La hauteur totale H de zinc 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. Le premier exemple de dispositif selon l'invention représenté sur la figure 2 a ses éléments communs avec le dispositif de la figure 1 désignés par les mêmes références. En fait, il ne s'en distingue que par les dimensionnements respectifs du chenal 5 et des inducteurs 8, 8'. Alors que, dans le dispositif de l'art antérieur, la largeur intérieure 1, du chenal 5 est inférieure à la largeur l; des inducteurs 8, 8', selon l'invention ces deux dimensions ont des rapports inversés : le chenal 5 est intérieurement plus large que les inducteurs 8, 8', dont la largeur 1; peut éventuellement être diminuée par rapport à la configuration précédente, et se limiter à une valeur légèrement supérieure (de quelques cm, par exemple 4 à 5 à la largeur 1f de la fente 9. Par ailleurs, les autres dimensions du dispositif restent inchangées, en particulier l'autre dimension interne e, de la section transversale du chenal qui excède toujours de peu l'épaisseur e de la bande 7 (e', est de l'ordre de quelques par exemple 2 à 3 cm), et les dimensions de la fente 9 par laquelle la bande 7 pénètre le chenal 5. Le caractère avantageux de l'invention est illustré par la figure 3, qui montre les écoulements du zinc liquide 4 dans la partie inférieure du chenal 5. Comme illustré par les flèches il se forme à l'intérieur du chenal 5 deux boucles de recirculation 13, 13'. En effet, le zinc liquide 4 faisant face à l'inducteur 8 est entraîné vers le haut par les forces de lévitation, ce qui donne également sa forme courbée à la surface 10 du zinc liquide 4 au- dessus de la fente 9. Après que le zinc liquide 4 a franchi le niveau du bord supérieur de l'inducteur 8, il n'est plus soumis à ces forces de lévitation, et il peut aisément redescendre le long des côtés chenal 5, ce qui ne lui était pas permis dans la configuration de l'art antérieur où l'inducteur 8 exerçait son action sur la totalité de la largeur du chenal 5. Au cours de cette descente, le zinc liquide 4 acquiert une certaine vitesse, donc une énergie cinétique qui est partiellement transformée en énergie ascensionnelle lorsqu'il rencontre le fond 11 du chenal et est dévié par lui. Cette énergie ascensionnelle se superpose alors aux forces de lévitation appliquées par l'inducteur 8, et l'aident à empêcher le zinc liquide 4 de s'échapper par la fente 9. Grâce à cela, on peut se permettre d'utiliser un inducteur 8 moins puissant, et éventuellement moins large, que dans la configuration de l'art antérieur tout en assurant avec autant sécurité l'étanchéité du chenal 5. Là où, antérieurement, un champ de 0,3 T était nécessaire pour maintenir une étanchéité satisfaisante, un champ de 0,1 T seulement est suffisant dans le cadre de l'invention. il peut être obtenu avec des inducteurs d'environ 1 m de hauteur. Ce faisant, on diminue également le pouvoir d'attraction exercé par les inducteurs sur la bande 7, ce qui simplifie le maintien d'un bon centrage de la bande 7 dans la fente 9. Un autre avantage de cette intense agitation du zinc liquide 4 dans le chenal 5 est qu'elle améliore l'homogénéité thermique du bain De même, les échanges réactionnels entre la bande 7 et zinc liquide 4 sont améliorés, en ce que la vitesse relative du zinc 4 et de la bande 7 est plus faible que dans l'art antérieur, ce qui améliore la qualité des premières couches du dépôt de zinc 12. Enfin, cette configuration élargie du chenal 5 permet éventuellement, comme suggéré en pointillés sur la figure , d'introduire du zinc liquide la base du chenal 5 selon un débit donné, et simultanément d'extraire du zinc liquide partir de la partie supérieure du chenal 5 (comme illustré) ou à partir du bac 2 selon le même débit. C'est ce zinc extrait qui est ensuite réinjecté à la base du chenal 5, après avoir subi un traitement qui l'a débarrassé des impuretés qu'il contenait. C'est encore un moyen d'améliorer la qualité du revêtement 12. Comme représenté sur la figure 3, on peut installer des chicanes 14, 14' barrant transversalement l'intérieur du chenal 5 sur une partie de sa hauteur, de manière â accentuer la séparation entre les parties ascendantes et les parties descendantes des boucles de recirculation 13, 13'. Dans la variante du mini-creuset selon l'invention représentée sur la figure 4, on accentue l'effet de contribution de l'énergie ascensionnelle des branches ascendantes des boucles de recirculation 13, 13' en disposant un barrage 15 sur le pourtour de la fente 9. En effet, dans la configuration de base de l'invention, représentée sur la figure 3, une partie du flot de zinc liquide 4 présent dans le bas des boucles de recirculation 13, 13' tend à poursuivre sa course horizontalement le long du fond 11 du chenal 5 et risque donc de s'échapper par la fente 9 si l'action des inducteurs 8, 8' est insuffisante à ce niveau. En présence du barrage 15 autour de la fente 9, le zinc liquide 4 qui s'ecoule le long du fond 11 du chenal 5 vient buter contre ledit barrage 15. Celui-ci fait donc perdre son énergie à cette portion du courant de zinc liquide 4, ou la transforme partiellement en énergie ascensionnelle. De toute façon, le zinc liquide 4 ne peut parvenir jusqu'à la base de la fente 9. Les fuites de zinc liquide 4 hors du chenal 5 ne peuvent se produire qu'à partir du bord supérieur 16 du barrage 15, donc à un endroit où le zinc liquide possède une forte énergie ascensionnelle, du fait des influences conjuguées des inducteurs 8, 8' et des déviations de sa trajectoire provoquées par le barrage 15. Cela diminue encore l'intensité du champ électromagnétique nécessaire pour garantir l'étanchéité du mini-creuset 1. On peut donc se permettre d'utiliser des inducteurs 8, 8' dont le bord inférieur se situerait non plus au niveau du fond 11 du chenal 5, mais au niveau du bord supérieur 16 du barrage 15 ou légèrement en-dessous, ce qui diminuerait leur coût du fait de leurs plus faibles dimensions. On augmente encore l'effet recherché en utilisant un barrage 17 tel que représenté sur la figure 5. Cette variante du barrage 15 précédent se distingue par deux caractéristiques (que l'on peut d'ailleurs utiliser chacune isolément). Selon la première de ces caractéristiques, les petits côtés 18, 18' du barrage 17 sont munis d'ailes 19, 19', 19", 19"' qui les prolongent jusqu'aux grandes parois 20, 20' du chenal 5. Elles ont pour fonction d'empêcher que le zinc liquide 4 des boucles de recirculation 13, 13' ne tende à poursuivre sa course horizontalement le long des grands côtés 21, 21' du barrage 17. En l'absence de telles ailes 19, 19', 19", 19"', d'une part, en se rencontrant, les flots horizontaux issus de chacune des boucles de recirculation 13, 13' annulent leurs énergies respectives et ne participent plus à l'agitation du bain de zinc 4. D'autre part, ces flots horizontaux interfèrent avec les écoulements verticaux ascendants imposés dans cette région par les inducteurs 8, 8' et diminuent leur efficacité. Les ailes , 19', 19 ", 19"' permettent d'éviter ces problèmes. Selon la deuxième de ces caractéristiques, les petits côtés 18, 18' du barrage sont chacun prolongés par une rampe 22, 22' qui relie leur sommet au fond 11 du chenal 5. De cette façon, les flux de zinc liquide issus des parties inférieures des boucles de recirculation 13, 13' ne viennent plus buter contre parois verticales, mais contre des parois obliques ascendantes, ce qui améliore la conversion de l'énergie desdits flux en énergie ascensionnelle. II va de soi que ces rampes 22, 22' peuvent s'étendre non seulement sur la largeur des petits côtés 18, 18' du barrage 17, mais aussi sur toute la largeur du fond 11 du chenal 5, auquel cas elles jouent également le rôle dévolu aux ailes 19, 19', 19", 19"' de la figure 5. La figure 6 représente une variante 23 du barrage 17 de la figure 5 où les ailes 24, 24', 24", 24"' ne sont plus constituées par de simples parois, mais par des rampes comparables aux rampes 22, 22' reliant les sommets des petits côtés 18, 18' du barrage 23 au fond 11 du chenal 5. Les sommets des rampes constituant les ailes 24, , 24", 24"' se rejoignent deux par deux aux milieux des grands côtés 21, 21' du barrage 23. On peut conférer leurs surfaces supérieures une forme recourbée, comme représenté sur la figure 6, mais aussi une forme rectiligne. C'est aussi, bien entendu, le cas pour les surfaces supérieures des rampes 22, 22' reliant les sommets des petits côtés 18, 18' barrage 17, 23 au fond 11 du chenal 5. Les ailes 24, 24', 24", 24"' ainsi configurées en forme de rampes ascendantes contribuent alors, elles aussi, à mieux convertir l'énergie du flux de zinc liquide s'écoulant le long du fond 11 du chenal 5 en énergie ascensionnelle. autre variante 25 du barrage de la figure 5 est représentée sur la figure 7. Dans cette variante, les ailes 19, 19', 19", 19"' sont toujours constituées par des parois, mais celles-ci comportent chacune une fente verticale 26, 26', 26", 26"' qui s'étend sur toute sa hauteur (comme représenté) ou seulement sur la hauteur de sa partie inférieure. Face à fentes 26, 26', 26", 26"', on dispose sur le fond 11 du chenal 5 des chicanes 27, 27', 27", 27"' qui empêchent le flux de zinc liquide 4 de passer directement par les fentes 26, 26', 26", 26"'. Ainsi, on n'empêche pas la totalité du zinc liquide 4 de s'écouler le long du fond 11 du chenal 5, entre les grands côtés 21, 21' du barrage 25 et les grands côtés 20, 20' du chenal 5, mais comme les chicanes 27, 27', 27", 27"' et les ailes 19, 19', 19", 19"' ont fait perdre la plus grande partie de son énergie à la fraction du zinc 4 qui suit ce chemin, son énergie résiduelle n'est plus suffisante pour avoir les effets néfastes que les ailes 19, 19', 19", 19"' cherchaient à éviter. Cette configuration présente l'avantage que la vidange intégrale du mini-creuset 1 peut s'effectuer par un orifice unique placé dans le fond 11 du chenal 5 (tout comme avec le barrage 15 de la figure 4), alors que les configurations du barrage 17 de la figure 5 et du barrage 23 de la figure 6 nécessitent respectivement à effet quatre et deux orifices de vidange, compte tenu du nombre de zones ne communiquant pas entre elles créées sur le fond 11. Les barrages 15, 17, 23, 25 et les chicanes 14, 14' peuvent être en tout matériau résistant à la température du bain de métal liquide 4, inerte chimiquement vis-à-vis de lui, et ne perturbant pas les champs électromagnétiques générés par les inducteurs 8, 8'. Un acier inoxydable austénitique est utilisable à cet effet dans le cas où le métal liquide 4 à déposer est du zinc. Le dispositif selon l'invention peut être utilisé non seulement pour galvanisation des bandes d'acier, mais aussi pour le revêtement au trempé par un métal initialement à l'état liquide, de toute bande métallique en défilement. REVENDICATIONS 1) Dispositif de revêtement au trempé de bandes métalliques (7) en défilement par une couche 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 (1c) connecté au fond (6) du bac(2), le fond (11) dudit chenal (5) étant muni d'une fente (9) de dimensions légèrement supérieures à la largeur (1) et à l'épaisseur (e) la bande (7) revêtir ; - et des inducteurs à champ glissant (8, 8') dont la largeur (1 ) est égale ou supérieure à la largeur (If) de la fente (9), disposés face aux grands côtés du chenal (5), créant dans le chenal (5) des forces électromagnétiques mettant le métal liquide en lévitation et empêchant sa fuite par la fente (9) ; caractérisé en ce que lesdits inducteurs (8, 8') ont une largeur (1 ) inférieure à la largeur intérieure (1,, ) du chenal (5) de manière à créer à l'intérieur du métal liquide (4) présent dans le chenal (5) des boucles de recirculation (13, 13'). 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'extraction d'une partie dudit métal liquide (4) du mini-creuset (1), des moyens pour débarrasser de ses impuretés ledit métal liquide (4) extrait, et des moyens pour réinjecter ledit métal liquide (4) extrait à la base du chenal (5). 3) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des chicanes (14, 14') barrant transversalement l'intérieur du chenal (5) sur une partie de sa hauteur, de manière à accentuer la séparation entre les parties ascendantes et descendantes des boucles de recirculation (13, 13'). 4) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte sur le fond (11) du chenal (5) un barrage (15, 17, 23, 25) entourant la fente (9). 5) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit barrage (l7, 25) comporte des ailes (19, 19', 19", 19"') prolongeant les petits côtés (18, 18') du barrage (17, 25) jusqu'aux grandes parois (20, 20') du chenal (5). 6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites ailes (19, 19', 19", 19"') comportent chacune une fente verticale (26, 26', 26", 26"') s'étendant sur au moins la hauteur de sa partie inférieure, et en ce que ledit barrage (25) comporte chicanes (27, 27', 27", 27"') disposées sur le fond (11) du chenal (5) face auxdites fentes verticales (26, 26', 26", 26"'). 7) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites ailes sont constituées par des rampes (24, 24', 24", 24"') dont les sommets se rejoignent deux deux aux milieux des grands côtés (21, 21') du barrage (23). 8) Dispositif selon l'une des revendications 1 7, caractérisé en ce que les petits côtés (18, 18') du barrage (17, 23, 25) sont chacun prolongés par une rampe (22, 22') reliant leur sommet au fond (11) du chenal (5)