Brevet FR2798937A3 — publié le 20010330

FR 2798937 A3 20010330 FR 9911926 A 19990924 INSTALLATION DE REVETEMENT D'UNE BANDE METALLIQUE EN DEFILEMENT RECTILIGNE. L'invention a trait au revêtement d'une bande métallique en défilement par immersion dans un bain de matière de revêtement. En particulier, elle concerne la galvanisation au trempé d'une bande d'acier. Plus précisément, l'invention se rapporte au procédé de galvanisation dit "en mini- creuset" et selon lequel la bande à revêtir traverse en ligne droite, avec une trajectoire verticale remontante, un creuset contenant du zinc en fusion en quantité réduite. On connaîît ce type de procédé notamment par la description qu'en font des documents publiés comme EP-A-0630421, EP-A-065989, ou EP-A-0673344. Pour l'essentiel, le creuset comprend un bac chauffé contenant un bain de zinc traversé verticalement du bas vers le haut par la bande d'acier à revêtir. Le bac est laissé ouvert pour la sortie de la bande hors du bain par le haut, et son fond comporte une fente prolongée par un manchon rigide définissant un chenal d'arrivée de la bande. C'est dans ce couloir rectiligne étroit, de longueur de l'ordre du mètre mais de faible épaisseur utile (5 cm maximum environ) -d'où la dénomination de "mini-creuset"- en communication directe avec le bac situé au dessus, que s'opère en fait l'essentiel du traitement de revêtement recherché par contact entre la surface de la bande d'acier et le zinc en fusion. Une fois sortie du bain, la bande est classiquement soumise à un essorage pneumatique par jets de gaz inerte pour contrôler l'épai"sseur et la régularité du revêtement de zinc solide et refouler vers le creuset le surplus de zinc liquide. Un tel procédé n'existe pas encore à l'échelle industrielle. Un problème essentiel posé par la galvanisation en "mini-creuset" de ce type est celui de l'étanchéité au zinc liquide à l'extrémité basse du chenal d'arrivée laissée nécessairement libre. L'étroitesse du passage joue certes en faveur du maintien d'un ménisque par capillarité puisque la bande circule de bas en haut. Néanmoins, la bande défile verticalement de sorte que le poids de la colonne de zinc liquide, dans un creuset de hauteur métallostatique dépassant le mètre, joue assez largement en défaveur de l'étanchéité par gravité au bas du chenal par ou arrive la bande. On rappelle au besoin qu'on appelle "ménisque" la surface libre inférieure de la colonne de zinc liquide dans le chenal et qui s'établit là en reliant la paroi intérieure du manchon à la surface de la bande métallique défilant au centre du chenal. La solution immédiate qui consiste à disposer une vanne électromagnétique (bobinage électrique alimenté en courant alternatif haute ftéquence) entourant l'extrémité du manchon et qui aurait sur la colonne de zinc liquide un effet de striction, n'est pas ici compatible avec une garantie d'étanchéité satisfaisante. Des calculs préalables montrent qu'il faut approximativement un courant monospire de l'ordre de 6000 A sous une fréquence de 30 kHz pour espérer soutenir une colonne de zinc liquide de 10 cm seulement de hauteur, alors qu'elle est en l'espèce de l'ordre du mètre. On a déjà proposé (EP-A-0673344 ou EP-A-0659897) de placer une telle vanne (à fréquence de courant ajustable) juste sous la fente du fond du bac et de rajouter dans son prolongement inférieur au niveau du chenal un inducteur à champ magnétique glissant verticalement de bas en haut, dans le même sens donc que le défilement de la bande. La figure 1 illustre ceci en montrant, en coupe verticale vu de côté, le mini-creuset contenant un bain de zinc en fusion 9 traversé verticalement par une bande d'acier à revêtir 4 défilant en ligne droite de bas en haut. Le mini-creuset est composé par un bac 1 chauffé par induction à l'aide d'une bobine 10 et surmontant un chenal 2 défini par un manchon- collimateur de la fente 3 prévue dans le fond du bac, et qui le met en communication directe avec le bac. La bande en défilement 4, après mise en trajectoire verticale par passage sur un rouleau de renvoi 12, pénètre le chenal 2 par le bas laissé ouvert, le parcourt entièrement en étant tout du long mise au contact avec la colonne de zinc liquide 5 qui l'enveloppe, pénètre dans le bac supérieur 1 par la fente 3, puis sort du bac par le haut où des buses d'essorage pneumatique 11 contrôlent l'épaisseur et la régularité du film de zinc solide déposé sur la bande au cours de son passage dans le mini creuset.. Le chenal est pourvu d'un inducteur polyphasé 6 à champ magnétique glissant remontant, placé à la suite d'une vanne à striction électromagnétique 7, et formé de deux unités planes identiques 6' et 6", chacune de type "stator de moteur linéaire", placées en regard l'une de l'autre. Les actions conjuguées de la vanne à striction 7 et de l'inducteur à champ glissant 6 visent au maintien d'un ménisque d'étanchéité 8 au bas du chenal 2. En fait, il apparaîtrait que, dans un tel système, la vanne à striction ne sert que de frein électromagnétique contrariant les circulations de zinc liquide qui, sous l'effet d'entraînement vers le haut exercé par le champ magnétique glissant remontant, remontent dans le bac supérieur 1, alors qu'il serait souhaitable au contraire de renouveler le zinc présent dans le couloir 2 par un apport régulier de zinc "neuf' venant du bac. De surcroît, l'expérience montre qu'un tel inducteur à champ glissant, pourtant dédoublé en deux parties actives 6' et 6" mises face à face pour accroître la puissance disponible, et ce même aux faibles fréquences de l'alimentation électrique qui caractérisent son fonctionnement (fréquence industrielle), a bien du mal à développer une poussée stable dans le temps et homogène sur la section de la colonne de zinc pour parvenir, en position verticale, à stabiliser un ménisque de métal liquide à sa base, donc à réaliser l'étanchéité qu'on voudrait lui voir assurer. Le but de la présente invention est précisément d'assurer l'étanchéité à la base du collimateur tout en assurant l'homogénéité du bain de zinc en fusion, A cet effet, l'invention a pour objet une installation de type "mini-creuset" pour le revêtement d'une bande métallique en défilement rectiligne par immersion dans une matière de revêtement, telle qu'une installation de galvanisation au trempé d'une bande d'acier, comprenant un bac supérieur contenant un bain de matière de revêtement à l'état liquide et un manchon inférieur relié au bac par une fente de communication ménagée dans le fond du bac, ledit manchon prolongeant la fente vers le bas en définissant ainsi un chenal de passage ouvert à son extrémité inférieure opposée à la fente et par laquelle pénètre la bande métallique à revêtir dans le mini-creuset, chenal dans lequel s'établit, au contact de la surface de la bande à revêtir, une colonne de matière de revêtement à l'état liquide provenant du bac supérieur et présentant une surface libre inférieure, ou riménisque", reliant la paroi intérieure du manchon à la surface de la bande en défilement dans le centre du chenal, installation dans laquelle le chenal est pourvu de moyens de stabilisation du ménisque pour assurer son étanchéité à son extrémité inférieure et caractérisée en ce que lesdits moyens d'étanchéité sont constitués par un inducteur de confinement à champ magnétique glissant du bas vers le haut, de type "stator de moteur linéaire", s'étendant le long du chenal et étant associé à une vanne électromagnétique à effet de striction, placée dans le prolongement inférieur dudit inducteur et formée par une bobine à induction entourant la base du chenal. Conformément à une variante préférée de réalisation, le chenal est dimensionné plus large que la bande métallique à revêtir de manière à y ménager, de part et d'autre de ladite bande, des zones latérales pour permettre une recirculation de la matière de revêtement à l'état liquide entreinée dans la zone centrale par le champ magnétique glissant créé par ledit inducteur à champ magnétique glissant. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparditront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles: - la figure 1 est la vue schématique en coupe verticale latérale déjà commentée d'un mini-creuset de galvanisation rendu étanche selon les moyens proposés dans l'art antérieur-, - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1 mais dans le cas de l'invention, - la figure 3 est la même vue que celle de la figure 2, mais montrant les circulations de zinc liquide dans le chenal du mini creuset qui s'établissent dans une configuration géométrique habituelle du mini creuset-, - les figures 4a et 4b montrent, selon des coupes verticales respectivement latérale et de face du mini creuset, les circulations de zinc liquide dans le chenal qui s'établissent dans une configuration géométrique préférée du mini-creuset selon l'invention. Sur ces figures, les mêmes éléments sont désignés par des références identiques et les éléments constitutifs essentiels on déjà été décrits dans l'introduction du présent mémoire à laquelle on se reportera au besoin. Comme on l'aura sans doute déjà compris, l'invention dans son expression la plus simple se traduit en fait par une inversion des positions relatives de l'inducteur de confinement à champ glissant et de la vanne à striction électromagnétique sur le chenal du mini-creuset. On se trouve alors dans la configuration montrée sur la figure 2, selon laquelle la fente collimatée 3 de passage de la bande métallique à revêtir 4 dans le bac supérieur 1 est prolongée par le bas par un manchon rigide 2 équipé d'un inducteur polyphasé 6 à champ glissant double face surmontant une vanne électromagnétique à striction 7, le tout faisant environ 1 mètre de long. L'inducteur 6 a lui une longueur approximative de 0.8 m et présente une largeur au moins égale à celle de la bande 4 de manière que celle-ci soit entièrement comprise dans Pentrefer de l'inducteur. Avantageusement, celui ci est formé de deux stators identiques de moteur linéaire 6' et 6" placés en regard l'un de l'autre contre la paroi du manchon 2 et définissant entre eux un entrefer occupé par une colonne de zinc liquide de 3 cm d'épaisseur. Cette masse de zinc en fusion enveloppe sur ses deux faces la bande d'acier 4 défilant en ligne droite de bas en haut dans le sens indiqué par la flèche et dont l'épaisseur est de l'ordre de quelques dixièmes de mm. Les deux stators 6' et 6" sont électriquement couplés entre eux de manière à produire un champ magnétique traversant B (i.e. à tout moment l'organisation des phases du courant triphasé qui l'alimente est telle que chaque pôle magnétique de l'un se trouve en regard d'un pôle magnétique de l'autre égal mais de signe opposé). Sur chaque stator, l'ordre séquentiel de connexion des enroulements aux phases de l'alimentation électrique est réalisé de manière que le champ magnétique traversant B glisse de bas en haut le long du chenal 2 avec une vitesse Vi3 qui dépend de la fréquence du courant d'alimentation et du pas polaire de l'inducteur . On sait que dans ce cas, le champ magnétique exerce sur tout corps électro-conducteur qu'il traverse, ici le zinc en fusion dans le chenal, une force d'entraînement. On peut ainsi définir pour chaque inducteur une fréquence optimale de son courant d'alimentation comme étant celle qui, pour l'application considérée (nature du métal liquide à entraîner, etc...) procure une poussée d'entraînement maximale sur le métal liquide, celui-ci étant supposé au repos. On trouvera au besoin des explications plus complètes sur ces aspects par exemple dans les descriptions des brevets USP 4.067.378 ou FR-A-2 3 5 8 222. Ici, la fréquence optimale se situe, non pas entre les 5 et 15 Hz propres au procédé connu de brassage de l'acier en fusion dans une lingotière de coulée continue, mais autour de 40 à 200 Hz, donc aux fréquences dites industrielles, ce qui est bien entendu un avantage en raison de la plus grande simplicité technologique de l'alimentation électrique nécessaire. La vanne électromagnétique 7 est un simple enroulement solénoïde à axe vertical entourant la base du chenal 2 et alimenté en courant haute fréquence (quelques dizaines de kHz). On notera que ses caractéristiques de fonctionnement dans la configuration propre à l'invention sont bien moins sévères que celles qui auraient dues être satisfaites dans le cas connu par les documents précités. Son rôle premier est en effet de parvenir à stabiliser le ménisque de zinc liquide 8 à la base du chenal 2 en créant une pression électromagnétique centripète, perpendiculaire à l'axe vertical du chenal et qui, en quelque sorte, "étrangle" la colonne de zinc à l'endroit où elle s'exerce. Il s'agit là d'une fonction ordinaire des vannes à striction grâce aux fréquences élevées -plusieurs dizaines de milliers dEz- du courant d'alimentation électrique propre à ce type de bobine encerclante. En l'espèce, elle va pouvoir remplir son rôle d'autant plus aisément que, d'une part, l'inducteur à champ glissant 6 placé au dessus se charge d'alléger la poussée métallostatique de la colonne de zinc 5 au niveau de la vanne et que, d'autre para la bande 4 sur laquelle s'accroche le ménisque 8 est en mouvement vers le haut. L'inducteur à champ glissant 6 peut être du type à champ magnétique B traversant comme montré sur la figure (pôles magnétiques en regard de signes opposés), ou du type à champ longitudinal (pôles en regard de même signe). Quel que soit son type, cet inducteur a pour rôle, non seulement d'alléger par sustentation la colonne de zinc 5 au dessus de la vanne 7, mais également de créer dans le bain de zinc des mouvements de circulation homogènes et organisés afin de renouveler en zinc "frais" le chenal collimateur 2 à partir de la réserve 9 contenue dans le bac supérieur 1 # Il se trouve en effet, que l'on maîtrise bien mieux une situation dynamique de ce genre que la situation d'équilibre instable dans laquelle on se trouve immanquablement lorsqu'on recherche au contraire un état d'équilibre des forces en milieu hydrodynamique. Deux variantes principales de mise en #uvre peuvent être réalisées dans ce but. Elles sont schématisées par les figures 3 et 4 respectivement. Selon une première variante montrée sur la figure 3, les mouvements de zinc liquide dans le chenal 2 s'organisent de part et d'autre de la bande en défilement 4 en boucles de type "torique": remontée active en paroi au voisinage de l'inducteur 6 et descentes "mortes" (ou passives) au centre, là où passe la bande 4. Selon une seconde variante, préférée, (figures 4), les mouvements de brassage électromagnétique du zinc en fusion sont du type "ailes de papillon": remontée active en regard de l'inducteur et selon toute l'épaisseur de la veine de zinc (largeur de Pentrefer) et redescende par des zones mortes situées sur les bords, de part et d'autre de l'inducteur, La première configuration (figure 3) est plus difficile à réaliser en raison du fort gradient de vitesse à imposer dans une zone étroite, épaisse de quelques cm seulement (2,5crn dans le cas d'un entrefer de 5 cm). De surcroît, le défilement de la bande vers le haut tend à s'opposer par effet d'entraînement à la recirculation centrale du zinc. En revanche, cette configuration tend vers un effet de lévitation, donc d'allègement de la pression métallostatique sur le ménisque. La seconde (figure 4) est de mise en #uvre plus aisée. On dispose de souplesse pour dimensionner comme on l'entend la largeur des zones de recirculation latérale de part et d'autre des bords de la bande 4, simplement en modifiant la largeur du chenal 2, ou (si l'on ne peut faire autrement) en réduisant la largeur de l'inducteur 6 de manière à le rendre plus étroit que la bande métallique à revêtir 4. En outre, dans ce cas, l'effet d'entraînement de la bande 4 ajoute à l'entretien du mouvement de circulation recherché pour le zinc dans le chenal 2. REVENDICATIONS 1) Installation de type "mini-creuset" pour le revêtement d'une bande métallique en défilement rectiligne par immersion dans une matière de revêtement comprenant un bac supérieur (1) contenant un bain de matière de revêtement (9) à l'état liquide et un manchon inférieur (2) relié au bac par une fente de communication (3) ménagée dans le fond du bac, ledit manchon prolongeant la fente vers le bas en définissant ainsi un chenal de passage ouvert à son extrémité inférieure opposée à la fente et par laquelle pénètre la bande métallique à revêtir (4) dans le mini-creuset, chenal (2) dans lequel s'établit, au contact de la surface de la bande à revêtir (4), une colonne (5) de matière de revêtement à l'état liquide provenant du bac supérieur et présentant une surface libre inférieure (8), ou "ménisque", reliant la paroi intérieure du manchon à la surface de la bande en défilement dans le centre du chenal (2), installation dans laquelle le chenal 2) est pourvu de moyens de stabilisation du ménisque (8) pour assurer son étanchéité à son extrémité inférieure et caractérisée en ce que lesdits moyens d'étanchéité sont constitués par un inducteur de confinement (6) à champ magnétique glissant (B) du bas vers le haut (VB), de type "stator de moteur linéaire", s'étendant le long du chenal (2) et étant associé à une vanne électromagnétique à effet de striction (7), placée dans le prolongement inférieur dudit inducteur (6) et formée par une bobine à induction entourant la base du chenal (2). 2) Installation de type "mini-creuset" selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle est une installation de galvanisation au trempé d'une bande d'acier. 3) Installation de type "mini-creuset" selon la revendication 1 caractérisée en ce le chenal (2) est plus large que la bande métallique à revêtir (4) de manière à y ménager, de part et d'autre de ladite bande, des zones latérales (13a, l3b) pour permettre une recirculation de la matière de revêtement à l'état liquide entra7mée dans la zone centrale par le champ magnétique glissant créé par ledit inducteur à champ magnétique glissant (6).