Brevet FR2854170A1 — publié le 20041029

Procédé de traitement de surface d'une tôle d'acier L'invention concerne un procédé de traitement de surface d'une tôle d'acier avant traitement thermique par passage dans un four comportant une zone de préchauffage et une zone de chauffage de la tôle. L'invention vise à apporter une solution complémentaire, voire alternative au dégraissage de tôles d'acier, en particulier lors des procédés de galvanisation de tôle à chaud, de recuit continu et de pré- laquage. A l'entrée des lignes de galvanisation et de recuit continu actuellement utilisées, la surface des tôles laminées à froid ou à chaud est en effet 10 recouverte de différents types d'huile, de matières grasses ainsi que de fines ou feuillets de fers, résidus des rouleaux de laminage, selon les fournisseurs et les nuances d'acier. Il est donc indispensable de nettoyer ces surfaces avant d'appliquer un revêtement pour assurer sa bonne adhérence sur le substrat. A l'entrée des lignes de pré-laquage, une bonne adhérence de la couche 15 primaire nécessite également de retirer les huiles de protection utilisées en amont de la ligne. Les unités classiques de dégraissage fonctionnent en plusieurs étapes: dégraissage alcalin par passage dans un bain de soude et divers additifs. - dégraissage mécanique par action de rouleaux et brosses rotatives. 20 dégraissage électrolytique. - rinçage et séchage à la fin de l'opération. Pour les installations de galvanisation à chaud des tôles ou de recuit continu, deux types de fours sont utilisés. Les fours de préchauffe à flammes nues et à brûleurs radiants. 2 5 Dans le premier cas, les tôles rentrent généralement directement dans le four de préchauffe sans passer par une unité de préparation de surface. Le nettoyage est principalement assuré par pyrolyse des graisses dans le four. Cependant, cette pyrolyse n'est pas efficace pour éliminer le carbone résiduel et les fines ou feuillets de fer qui sont incrustés dans la tôle. Ces éléments sont 30 préjudiciables à la fois à la durée de vie des rouleaux dans le four et également à la qualité métallurgique des tôles, essentiellement pour sa qualité de surface et sa mouillabilité par le zinc liquide. Dans le cas des fours à brûleurs radiants, une unité de nettoyage des tôles existe. Le dégraissage de tôles en entrée de ligne et l'étape de recuit permettent d'atteindre la qualité de surface nécessaire pour assurer un bon revêtement. L'unité de nettoyage en entrée de ligne consiste en: - un décapage acide (chlorhydrique ou sulfurique) pour les laminés à chaud, suivi d'un rinçage à l'eau et d'un séchage à l'air. - un dégraissage chimique à base de soude et brossage métallique (nettoyage mécanique) pour les laminés à froid. Pour des dégraissages plus performants, ces unités sont souvent 10 complétées par des modules de dégraissage électrolytique. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que la tôle est traitée tout d'abord par passage à une distance comprise entre 2D et 6D de la flamme d'au moins un brûleur oxy-combustible, D étant le diamètre de l'orifice équivalent dudit brûleur oxy-combustible, la tôle étant ensuite traitée par projection de 15 dioxyde carbonique sous forme de particules solides et/ou de neige, de manière à enlever une partie substantielle des graisses présentes à la surface de la tôle et qui ont été préalablement fluidifiées par l'effet de l'oxy- brûleur. Le terme diamètre D de l'orifice équivalent du brûleur a la signification suivante: - dans le cas de brûleurs à injections coaxiales de comburant et de combustible, le diamètre D se définit comme étant le diamètre du plus grand des deux conduits d'injection de combustible et de comburant disposés coaxialement; - dans le cas de brûleurs à jets séparés (au moins un jet de comburant et 25 un jet de combustible, séparés les uns des autres), ce diamètre D se définit par la formule suivante: D = lorth + Ipari5 O llth est la distance maximale entre les orifices des jets de combustible et comburant selon une direction perpendiculaire à la surface de la tôle et Ipar la distance maximale entre les orifices de combustible et de comburant dans la direction parallèle à la tôle. De préférence, des moyens de projection d'air comprimé vers la surface de la tôle sont disposés entre l'oxy-brûleur et les moyens de projection de dioxyde de carbone. L'invention permet à la fois d'améliorer l'état de surface du produit, notamment dans le cas des fines de fer ou de feuillets de fer que seul un brossage mécanique parvient à traiter dans l'état actuel de l'art, et d'autre part de réduire les coûts associés au dégraissage des tôles d'acier, au retraitement 10 des bains de traitement, ainsi que ceux liés à l'usure des rouleaux d'entraînement Pour cela, on place au moins un module de chauffe composé d'oxybrûleurs avec préférentiellement un poste d'air comprimé, et éventuellement un deuxième module de projection de glace ou neige carbonique associé à une 15 action mécanique par rouleaux ou brosses, déjà présents sur les lignes continues de tôles d'acier, en particulier en tête de ligne de préchauffage ou de pré-laquage. L'efficacité du dégraissage est assurée par les différentes actions conjuguées des brûleurs oxycombustibles placés en zone de préchauffage: une action thermique: par le flux de chaleur important qu'il procure, un 20 brûleur oxy-combustible permet de préchauffer rapidement la tôle entre 400C et 1500C, préférentiellement entre 800C et 1200C (en dessous d'une température engendrant une transition métallurgique ou tout phénomène de " frittage inverse " sur les fines de fer) ce qui fluidifie les graisses. une action mécanique: le souffle de la flamme sur la surface de la tôle évacue graisses, fines de fer, carbone résiduel et une grande partie des impuretés provenant des opérations précédentes et notamment du laminage à chaud, à froid et du stockage. L'efficacité mécanique dépend de la vitesse de sortie des gaz du brûleur oxy-combustible. La 30 vitesse moyenne dans le plan de sortie se situe de préférence entre et 90 m/s. 15 20 25 L'avantage des oxy-brûleurs, comparés aux brûleurs classiques à air, outre de pouvoir se placer à proximité de la tôle (et engendrer ainsi l'effet mécanique recherché) en lui transférant directement son énergie, est d'engendrer un faible volume de fumées, plus facile à traiter. L'action des oxy-brûleurs sera préférentiellement associée à une projection d'air comprimé. Cette projection d'air à une pression comprise entre 5 et 20x105 Pascal permettra d'améliorer l'efficacité mécanique des brûleurs. Ensuite l'efficacité du dégraissage sera améliorée par la projection de carboglace ou de carbopoudre, qui produit une pluralité d'effets et notamment: un effet thermique entre le dioxyde de carbone solide (à environ 80 C) et la tôle préchauffée (400C-1500C). un effet mécanique des particules de carboglace sur la tôle qui soulèvent les graisses et décollent les fines de fer. un effet de souffle provenant de la sublimation du dioxyde de carbone qui chasse les graisses et les fines de fer. un effet solvant du dioxyde de carbone vis-à-vis des graisses. On peut envisager la projection de carboglace sous forme de particules (cylindres de dioxyde de carbone solide agglomérés) de différentes dimensions (0.5mm à 5mm) ou sous forme de neige carbonique (cristaux de dioxyde de carbone). Des rouleaux et brosses peuvent être prévus pour améliorer l'efficacité du dioxyde de carbone. Ils évitent la redéposition des graisses et, dans le cas de la neige carbonique, ils permettent de la répartir régulièrement à la surface de la tôle et évitent ainsi une sublimation à une distance importante de celle-ci. (Par brûleurs oxy-combustibles ou oxy-brûleurs on entend des brûleurs utilisant un combustible quelconque - hydrocarbure saturé ou non, fioul léger ou lourd, etc... et un comburant qui comporte plus de 21 % vol. 02, de préférence plus de 88 % vol. ou même plus de 95 % vol. d'oxygène. Bien entendu, on peut utiliser aussi des brûleurs air et au moins un brûleur oxy-combustible). L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants données à titre non limitatif conjointement avec la figure unique qui représente un exemple d'installation de dégraissage sur une ligne continue. Sur la figure unique est représentée une vue en coupe de l'installation: la tôle 1 défile grâce à des rouleaux 2; l'installation se divise en deux modules, séparés éventuellement par un écran thermique: Le module de chauffe se compose de brûleurs oxy-combustibles 3 (au 5 moins un éventuellement associé à d'autres brûleurs aéro et/ou oxycombustible) qui sont placés du côté de la ou des faces à traiter et préchauffent la tôle à environ 100C. Ils seront placés d'un côté et/ou de l'autre de la bande, préférentiellement des deux, de façon à ce que la totalité de la largeur de la bande soit soumise à l'action des flammes. La position du brûleur par rapport à 10 la tôle et l'impulsion de la flamme permettent de débarrasser la tôle des impuretés superficielles par action mécanique du jet et par l'effet de choc thermique généré par le flux radiatif de la flamme. L'effet maximal est obtenu pour une hauteur h par rapport à la tôle comprise entre 2D et 6D avec D diamètre équivalent de l'orifice principal de l'oxy-brûleur. La puissance du 15 brûleur est à adapter en fonction de la taille du four, de la tôle à traiter, et de la vitesse de défilement de la bande, ce qui est connu en soi pour l'homme de métier. Il est également prévu un système de projection d'air comprimé 4 comportant un nombre d'injecteurs dépendant de la largeur de la bande et de la 20 pression de l'air comprimé, soit, pour une pression par exemple de 106 Pascal, une buse tous les 15 à 25 cm de largeur de tôle et préférentiellement tous les 20 cm. Le deuxième module se compose d'injecteurs 5 soit de particules solides soit de neige carbonique. Le nombre d'injecteurs dépend également de la 25 largeur de la bande à traiter, et de la pression du gaz qui les projette; par exemple pour des particules projetées avec de l'air à une pression de 3 x 105 Pascal, on prévoit un injecteur tous les 10 à 20 cm et préférentiellement tous les 15 cm. La position des injecteurs est déterminée par la température de tôle, mais on cherchera à les positionner au plus près du module de chauffe. Cette 30 condition fixe la distance d de la rampe d'injection (6) au brûleur. En général d sera comprise entre 10 cm et 1 m. Les injecteurs, fixés sur un support transversal à la plaque, sont mobiles suivant deux degrés de liberté: une rotation d'angle a selon l'axe x (a = O dans la direction z), une rotation d'angle 13 selon l'axe y (f3 = O dans la direction z). La première rotation permet de positionner la buse d'injection de façon à ne pas occasionner de redéposition de graisse en aval du traitement. L'effet maximal est obtenu pour un angle a compris entre 40 et 1000, préférentiellement 45 - 700. La deuxième rotation 5 permet de positionner la buse de façon à ne pas accumuler les graisses dans une zone en amont du traitement en les évacuant sur le côté de la tôle. L'effet maximal est obtenu pour un angle f compris entre 100 et 500, préférentiellement entre 25 et 450. Les particules de carboglace sont produites et projetées selon des 10 systèmes décris dans la littérature et notamment dans USP 5,632,150 et USP 5,365,699. Pour la projection de neige carbonique, il s'agit d'une alimentation en dioxyde de carbone liquide (à pression supérieure à 5 X 105 Pascal), les cristaux étant formés lors de la détente du dioxyde de carbone liquide à pression 15 atmosphérique. Les rouleaux et racloirs 7 servent à éliminer tout dépôt résiduel même ponctuel de dioxyde de carbone solide. Les graisses décollées sont également évacuées par ce traitement mécanique. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de surface d'une tôle d'acier (1) avant traitement thermique par passage dans un four comportant une zone de préchauffage et une zone de chauffage de la tôle, caractérisé en ce que la tôle est traitée tout d'abord par passage à une distance comprise entre 2D et 6D de la flamme d'au moins un brûleur oxy-combustible, D étant le diamètre de l'orifice équivalent dudit brûleur oxy-combustible, la tôle (1) étant ensuite traitée par projection de dioxyde carbonique sous forme de particules solides et/ou de neige, de manière 10 à enlever une partie substantielle au moins des graisses, présentes à la surface de la tôle (1) et qui ont été préalablement ramollies par l'effet de l'oxy- brûleur, le terme diamètre D de l'orifice équivalent du brûleur ayant la signification suivante: - dans le cas de brûleurs à injections coaxiales de comburant et de 15 combustible, le diamètre D se définit comme étant le diamètre du plus grand des deux conduits d'injection de combustible et de comburant disposés coaxialement; - dans le cas de brûleurs à jets séparés (au moins un jet de comburant et un jet de combustible, séparés les uns des autres), ce diamètre D se définit par 20 la formule suivante: D = lorth + Ipar/5 o loth est la distance maximale entre les orifices des jets de combustible et comburant selon une direction perpendiculaire à la surface de la tôle et Ipar la distance maximale entre les orifices de combustible et de comburant dans la 25 direction parallèle à la tôle. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de projection d'air comprimé vers la surface de la tôle sont disposés entre l'oxybrûleur et les moyens de projection de dioxyde de carbone.