Brevet FR2846341A1 — publié le 20040430

Procédé de traitement de tôle avant galvanisation La présente invention concerne un procédé pour augmenter la cinétique d'élimination des produits du type huile déposés sur la surface d'un produit métallurgique traversant une zone d'un four à température supérieure à 500'C, dans 5 lequel au moins une partie de l'énergie thermique est apportée à l'aide d'au moins un brleur alimenté en comburant et en combustible. Elle se rapporte plus particulièrement au prétraitement des tôles d'acier avant galvanisation. Le procédé de galvanisation d'une tôle d'acier est bien connu de l'homme de 1 0 métier. En résumé, un tel procédé consiste à recouvrir une tôle, pièce ou fil d'acier par une couche de zinc ou d'alliage de zinc. La couche fine est obtenue par immersion du produit dans un bain de zinc en fusion à 4500C. A cette température, il se forme des multicouches d'alliage (Fe/Zn) qui constituent une barrière étanche à la corrosion. Afin d'obtenir un bon accrochage de la couche de zinc sur le support en acier (produit), celui-ci doit subir une préparation rigoureuse par voie thermochimique pour éliminer toutes traces d'huile et d'oxydes afin de favoriser l'accrochage de la couche de zinc et la croissance du dépôt sur le support. Dans ces conditions, l'interface entre le support métallique et la couche de zinc ainsi déposée sera constituée de différentes 20 couches d'alliage Zn/Fe. Toute impureté d'oxyde sera source de fragilisation mécanique et chimique et induira un point faible dans la protection du métal, qu'il convient absolument d'éviter par un traitement de galvanisation de bonne qualité. L' un des procédés de galvanisation bien connu sous l'appellation "c Hot Dip " comporte cinq phases de galvanisation à chaud (sur une ligne continue) qui peuvent se 25 résumer ainsi: - Phase 1: préchauffage direct de la charge dans un four - Phase 2: recuit sous atmosphère réduite contrôlée - Phase 3: refroidissement rapide - Phase 4: galvanisation dans un bain de zinc 3 0 - Phase 5: traitement de surface (chromatation, peinture, etc...) Phase 1: Au cours de cette phase, on réalise: - le préchauffage et le décapage du produit ferreux à galvaniser, 3 5 l'élimination des huiles à la surface du produit par pyrolyse, - le chauffage du produit à une température comprise entre 6000C et 700QC, - la pré-réduction des oxydes existant en surface des produits. Phase 2: Au cours de cette phase, on réalise: - la réduction totale des oxydes sous atmosphères contrôlée réductrice, du type par exemple azotehydrogène avec un point de rosée contrôlé, - le recuit du produit en acier pour éliminer les contraintes et grossir le grain de joint afin d'atteindre les propriétés cristallographiques recherchées du produit. Phase3: Au cours de cette troisième phase, on réalise un refroidissement rapide afin d'abaisser la température du produit à la température du bain de galvanisation. Phase 4: Au cours de cette phase, on réalise un dépôt de Zn ayant une épaisseur contrôlée, à la surface du produit. Phase 5: Au cours de cette dernière phase, on réalise le traitement de la surface du 2 0 produit suivant le cahier des charges du client final, tel que par exemple un traitement de chromatation, miniflorage, laminage et/ou peinture. Les produits lors de leur entrée dans la ligne de galvanisation ont des caractéristiques de surface très différentes suivant la nature et la composition du métal 2 5 d'une bobine de produit à l'autre (même s'il s'agit toujours d'acier). Ainsi les bobines de tôle d'acier peuvent avoir différentes provenances, différences nuances d'acier composant le métal, avoir été laminés sur différents laminoirs, avoir été laminés en présence de différents types d'huiles de laminage, avoir connu des temps et des conditions de stockage différents, etc... Toutes ces bobines ont cependant une 3 0 caractéristique en commun: la présence d'huile à la surface de la tôle, huile nécessaire pour réaliser le laminage qui précède ce traitement de galvanisation, avec cependant des différences éventuellement très importantes dans la nature des huiles utilisées et dans les quantités restant à la surface de la tôle. Avant la galvanisation du produit, la surface de celui-ci doit être bien sr nettoyée, décapée et les oxydes de surface 35 éliminés pour permettre l'obtention d'un état de surface apte à la galvanisation dudit produit et à l'obtention d'une couche ayant le moins de défauts possibles. En général, l'élimination des huiles à la surface du produit, notamment d'une tôle, s'effectue par voie thermique: on introduit la tôle dans un four, dans lequel on réalise la pyrolyse des huiles en surface et le craquage des molécules d'huile ainsi pyrolysées. D'une manière générale, si les huiles à la surface du produit sont des 5 produits organiques du type Cn Hm (avec m > n), les molécules Cn Hm ainsi craquées viennent réagir avec la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère selon la réaction: CnHm + nH20 X nCO + ( + njH2 Une telle réaction est plus ou moins complète et les conditions d'équilibre de la réaction peuvent varier. La vapeur d'eau présente dans le four est celle qui résulte de la 10 combustion de l'air et du combustible dans le brleur air/combustible utilisé pour réchauffer la surface de la tôle métallique et pyrolyser les huiles présentes à la surface du produit (voir phase 1). Dans une atmosphère conventionnelle de four avant galvanisation, on a ainsi constaté que l'atmosphère contenait en général au plus 12 % vol. de gaz carbonique 15 C02, au plus 20 % vol. d'eau H20, le complément étant de l'azote N2. Pour pouvoir améliorer la cinétique de la réaction de craquage des huiles, il a été envisagé d'augmenter la concentration en vapeur d'eau dans le four, par injection d'eau pulvérisée qui est rapidement amenée à la température du four dans la zone de pyrolyse, soit une température comprise entre 900C et 13000C environ. Cependant, un 2 0 tel procédé possède au moins deux inconvénients: le premier inconvénient consiste en la nécessité de consommer une partie de l'énergie du four pour amener l'eau de la température ambiante à la température indiquée ci-dessus. Le second inconvénient est la création de points froids localement dans le four et la baisse corrélative de température du four. Pour une même consommation d'énergie, cette baisse de 2 5 température engendre une diminution de la cinétique de réaction d'oxydation des produits craqués et engendre donc un dépôt éventuel de suies résultant de la présence de carbone non oxydé. A l'heure actuelle, il n'est donc pas possible pour l'homme de métier d'augmenter la cinétique de la réaction de craquage des huiles de manière à éliminer 3 0 rapidement lesdites huiles de la surface du métal. Le procédé selon l'invention permet de résoudre le problème ainsi posé. Il est caractérisé en ce que le comburant utilisé par l'un au moins des brleurs comporte plus de 21 % vol. d'oxygène, de manière à augmenter la concentration en vapeur d'eau dans la flamme ainsi engendrée par rapport à la concentration en vapeur d'eau engendrée par le même procédé de combustion qui utiliserait un comburant contenant au plus 21 % vol. d'oxygène, toutes choses égales par ailleurs. Selon un autre aspect, l'invention est caractérisée en ce que la flamme engendrée par au moins un brleur contient plus de 20 % de vapeur d'eau en volume. De préférence, on utilisera de l'oxygène ou de l'air enrichi en oxygène comme oxydant, de manière à obtenir plus de 20 % vol. de vapeur d'eau dans la flamme. Selon un mode préférentiel de l'invention, la flamme a une température supérieure à 15000C. De préférence, la flamme contiendra plus de 40 % vol. de vapeur d'eau. 10 Selon une autre variante de réalisation de l'invention, la flamme sera surstoechiométrique (en oxydant) - c'est-à-dire contenant plus d'oxydant que nécessaire par une réaction stoechiométrique comburant/combustible -, engendrant ainsi un mélange de gaz de combustion à la sortie du brleur contenant au plus 10 % d'oxygène. De préférence, les fumées à la sortie du four contiendront au plus 5 % vol. 1 5 d'oxygène. Le procédé selon l'invention s'applique plus particulièrement au traitement d'une tôle d'acier, cette tôle étant ensuite soumise à une étape de galvanisation. D'une manière générale, on a trouvé, selon l'invention, que si l'atmosphère de traitement du produit dans le four contenait plus de 20 % vol. de vapeur d'eau, au moins 2 0 dans une zone du four, on augmenterait la cinétique d'élimination des huiles présentes à la surface dudit produit. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple comparatif suivant donné à titre non limitatif, afin d'illustrer l'invention. Exemple comparatif: Dans un four de réchauffage utilisant des brleurs aéro-combustibles (le comburant est de l'air), dans lequel on réchauffe et on traite thermiquement une tôle d'acier de type, à une température comprise entre 5000C et 13000C, l'atmosphère au voisinage de la tôle comporte notamment du monoxyde et du dioxyde de carbone dont 3 0 la somme des volumes est d'environ 10 % vol., de la vapeur d'eau et de l'hydrogène en quantité totale pour l'ensemble des deux, égale à 20 % vol. En rajoutant dans le four un brleur alimenté en oxygène (dont le comburant comporte plus de 88 % vol. 02) OU en remplaçant l'un des brleurs aérocombustibles par un brleur oxy-combustible, on contrôle la température du four de manière à ce que 3 5 celle-ci reste dans la même gamme de température avec cependant une quantité totale CO pIUS C02 qui varie selon la zone du four ou sa température de 11 % vol. à 33 % vol. et une quantité totale de H20 et de H2 qui varie de 21 % à 66 % vol. En augmentant la quantité d'oxygène injecté (flamme surstoechiométrique du brleur oxycombustible ou injection séparée d'oxygène à l'aide d'une lance placée à proximité du brleur oxycombustible), on constate que l'on fait baisser la quantité de CO dans le four en réalisant une post- combustion de celui-ci dans le four, transformant une partie du CO présent en C02, et d'apporter ainsi encore plus d'énergie dans le four. D'une manière générale, on constate également une diminution de la quantité de NOx dans les fumées lorsqu'on augmente la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère, ce qui permet de réduire la pollution engendrée par lesdites fumées. REVENDICATIONS 1. Procédé pour augmenter la cinétique d'élimination des produits du type huile déposés sur la surface d'un produit métallurgique traversant une zone à température 5 supérieure à 500QC d'un four dont une partie au moins de l'énergie est apportée à laide d'au moins un brleur alimenté en comburant et en combustible, procédé caractérisé en ce que le comburant utilisé par l'un au moins des brleurs comporte plus de 21 % vol. d'oxygène, de manière à augmenter la concentration en vapeur d'eau dans la flamme ainsi engendrée par rapport à la concentration en vapeur engendrée par le même 10 procédé de combustion qui utiliserait un comburant contenant 21 % vol. d'oxygène au moins, toutes choses égales par ailleurs. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la flamme engendrée par au moins un brleur contient plus de 20 % de vapeur d'eau en volume. 3. Procédé pour augmenter la cinétique d'élimination des produits du type huile 15 déposés sur la surface d'un produit métallurgique traversant une zone à température supérieure à 500'C d'un four dont une partie au moins de l'énergie est apportée à laide d'au moins un brleur alimenté en comburant et en combustible, procédé, caractérisé en ce que la flamme engendrée par au moins un brleur contient plus de 20 % de vapeur d'eau en volume. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que caractérisé en ce que le comburant utilisé par l'un au moins des brleurs comporte plus de 21 % vol. d'oxygène, de manière à augmenter la concentration en vapeur d'eau dans la flamme ainsi engendrée par rapport à la concentration en vapeur engendrée par le même procédé de combustion qui utiliserait un comburant contenant 21 % vol. d'oxygène au 2 5 moins, toutes choses égales par ailleurs. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la flamme a une température supérieure à 15000C. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la flamme contient plus de 40 % vol. de vapeur d'eau. 3 0 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la flamme du brleur utilisant un comburant contenant plus de 21 % vol. d'oxygène, de préférence plus de 88 % vol. d'oxygène, est surstoechiométrique (en oxydant), engendrant un mélange de gaz de combustion à la sortie du brleur contenant au plus % d'oxygène. 8. Procédé selon l'une des revendications précédents, caractérisé en ce que les fumées à la sortie du four contiennent au plus 5 % vol. d'oxygène. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la surstoechiométrie du brleur est créée à l'aide d'une lance à oxygène. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le produit traité est une tôle d'acier, caractérisé en ce que cette tôle est ensuite soumise à une étape de galvanisation.