[0001] L'invention concerne le domaine du revêtement de produits métallurgiques par un alliage
métallique, notamment la galvanisation de produits en acier, par trempage de ces produits
dans un bain contenant cet alliage à l'état liquide.
[0002] La galvanisation des produits métallurgiques, tels que des bandes d'acier, s'effectue
en faisant séjourner ces produits fixes ou en défilement dans un bain métallique en
fusion à base de zinc et pouvant également contenir des quantités variables (jusqu'à
quelques %) d'aluminium. Lorsqu'ils ont à traiter des produits sidérurgiques, ces
bains deviennent rapidement sursaturés en fer, et des composés intermétalli- ques
Fe-Zn ou Fe-Al-Zn précipitent. Ces précipités sont appelés "mattes" et décantent soit
vers la surface du bain (d'où ils sont périodiquement éliminés manuellement), soit
vers le fond du bac de galvanisation, selon leur densité relative par rapport à celle
du bain d'alliage de zinc. Cette densité est gouvernée par leur composition ; les
mattes Fe-Al-Zn décantent vers la surface, les mattes Fe-Zn vers le fond. Le bain
contient donc en permanence une quantité de mattes relativement importante. La conséquence
en est que les mattes se déposent en même temps que l'alliage de zinc sur le produit
à revêtir, et provoquent souvent l'apparition de graves défauts d'aspect de surface
dans le revêtement.
[0003] Des problèmes analogues peuvent se poser plus généralement lorsqu'on veut revêtir
un produit métallurgique par un alliage initialement à l'état liquide au sein duquel
précipitent des impuretés. Par exemple d'autres types de mattes sont aussi susceptibles
de se former dans les bains d'aluminiage.
[0004] Le but de l'invention est de proposer un procédé permettant d'accélérer l'élimination
des impuretés solides au sein des bains d'alliage liquide, de manière à obtenir régulièrement
une qualité satisfaisante pour les revêtements au trempé de produits métallurgiques.
[0005] Acet effet, l'invention a pour objet un procédé de revêtement d'un produit métallurgique,
notamment en acier, selon lequel on trempe ledit produit dans un bain d'alliage métallique
renfermant des impuretés solides, caractérisé en ce que, afin d'accélérer la décantation
desdites impuretés, on réalise une insonation dudit bain d'alliage.
[0006] L'invention a également pour objet une installation de revêtement de produits métallurgiques,
notamment en acier, du type comprenant un bac renfermant un bain d'alliage métallique
et des moyens pour tremper lesdits produits dans ledit bain d'alliage, caractérisée
en ce qu'elle comprend également des moyens d'insonation dudit bain d'alliage.
[0007] Dans une réalisation préférentielle, ledit bac comprend au moins une cloison le séparant
en au moins deux compartiments renfermant chacun soit lesdits moyens pour tremper
lesdits produits métallurgiques dans ledit bain d'alliage, soit lesdits moyens d'insonation
dudit bain d'alliage, et l'installation comprend également des moyens pour mettre
en communication lesdits compartiments.
[0008] Comme on l'aura compris, l'invention consiste à injecter dans le bac contenant l'alliage
métallique liquide des ondes sonores ou ultrasonores qui ont pour effet d'accentuer
la décantation des impuretés. Il est particulièrement conseillé de réaliser cette
insonation dans une zone du bac séparée par une cloison de la zone où a lieu le revêtement
et de réaliser un échange continu d'alliage liquide entre les deux compartiments ainsi
définis.
[0009] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant
référence aux figures annexées suivantes :
- la figure 1 qui représente schématiquement une installation de galvanisation de
bandes d'acier en défilement équipée d'un dispositif d'insonation du bain d'alliage
pour la mise en oeuvre de l'invention ;
- la figure 2 qui représente une variante du dispositif d'insonation ;
- la figure 3 qui représente une variante de l'installation de la figure 1.
[0010] Les inventeurs ont constaté que l'insonation des bains d'alliage de zinc du type
de ceux utilisés pour la galvanisation accélère très sensiblement la décantation des
mattes. On a pu l'observer, en particulier, grâce à la trempe de petits creusets de
quelques cm de haut contenant de tels alliages et qui avaient subi ou non une insonation
pendant une période déterminée. Cette insonation était réalisée pendant 30 minutes
au moyen d'une lame vibrante reliée à un émetteur ultrasonore de fréquence 25 kHz
et plongée dans un alliage liquide Zn-Fe-AI à 450°C. Une fois trempés, ces creusets
et l'alliage qu'ils contenaient ont été coupés dans le sens de la hauteur, et on a
mesuré l'épaisseur des mattes qui s'étaient accumulées dans la partie supérieure du
creuset au cours de l'expérience.
[0011] L'injection d'ondes de faible puissance (5 W) permet d'obtenir à la surface du creuset
une zone enrichie en mattes d'épaisseur 500 f..lm, contre 200 f..lm en l'absence d'insonation.
Pour des puissances supérieures, soit de 10 et 15 W, on obtient pour cette zone enrichie
en mattes des épaisseurs de 1600 à 3600 µm. Dans ces dernières conditions, on a pu
observer que des phénomènes de cavitation prenaient naissance à l'intérieur de l'alliage
liquide. Ceux-ci sont de nature à accélérer sensiblement la décantation des mattes.
[0012] L'explication de cette accélération de la décantation des mattes n'est pas encore
tout à fait claire. Dans le cas où s'établit un régime de cavitation, il est possible
qu'on assiste à l'apparition de bulles à la surface des mattes, à cause de la libération
des gaz dissous dans les régions de dépression de l'onde ultrasonore. Lorsque ces
bulles atteignent une taille suffisante par coalescence, elles peuvent remonter rapidement
à la surface du bain, entraînant avec elles les mattes sur lesquelles elles se sont
formées.
[0013] La figure 1 représente schématiquement une installation de galvanisation d'une bande
d'acier en défilement, modifiée selon l'invention. Classiquement elle comprend un
bac 1 d'une longueur et d'une largeur de l'ordre de quelques mètres, renfermant un
bain 2 d'alliage de zinc, profond de 2 m environ et maintenu à l'état liquide à une
température de l'ordre de 400-500°C. La bande d'acier en défilement 3 pénètre dans
le bain d'alliage 2 en étant protégée de l'air ambiant par une cloche 4 dont l'extrémité
amont est connectée à l'installation de traitement thermique qui précède l'installation
de galvanisation, et dont l'extrémité aval plonge dans le bain d'alliage 2. Sur son
parcours dans le bain 2, la bande 3 vient s'enrouler contre un tambour 5 en rotation
autour de son axe 6, et immergé dans le bain 2. Puis elle ressort du bain 2 munie
de son revêtement d'alliage de zinc en cours de solidification. Selon une variante
préférée de l'invention, le bac 1 est divisé en deux compartiments 7 et 8 par une
cloison 9. Le compartiment 7 renferme les organes qui viennent d'être décrits et constitue
le compartiment de galvanisation proprement dit, alors que le compartiment 8 est celui
où s'opère préférentiellement la décantation des mattes par le procédé objet de l'invention.
On établit une circulation permanente de l'alliage de zinc liquide 2 entre ces deux
comparti ments 7 et 8 au moyen d'une ou de plusieurs ouvertures 10 ménagées dans la
cloison 9, et au moyen d'une conduite 11 munie d'une pompe 12 qui renvoie dans le
compartiment de décantation 8 l'alliage prélevé dans le compartiment de galvanisation
7 (le parcours inverse est également acceptable).
[0014] Selon une première forme de l'invention, on réalise la décantation accélérée des
mattes dans le compartiment de décantation 8 au moyen d'un pavillon 13 de forme circulaire
et de diamètre de l'ordre de 0,40 à 1 m, relié à un transducteur 14, tel qu'un excitateur
électrodynamique, piézoélectrique ou magnétostrictif. Le transducteur 14 impose au
pavillon 13 des vibrations de longueur d'onde λ et de fréquence N = 100 à 20 000 Hz
environ, donc dans le domaine de l'audible, avec une amplitude de quelques 1/10 mm
à quelques mm. De préférence, la fréquence N est choisie de manière à faire entrer
le pavillon 13 en résonance, et la distance "h" séparant le pavillon 13 du fond du
bac 1 est choisie égale à un nombre entier de demi-longueurs d'onde λ des vibrations
du pavillon 13, afin d'augmenter le rendement vibratoire de l'installation. La puissance
électrique du transducteur 14 peut être de l'ordre de 0,3 à 10 kW. Au lieu d'employer
un seul ensemble transducteur-pavillon de grandes dimensions, on peut également choisir
d'en utiliser plusieurs de dimensions plus réduites, si on pense ainsi obtenir une
mise en vibrations plus homogène de l'ensemble du bain d'alliage 2. Sous l'effet de
ces vibrations, qui en principe ne permettent pas d'at- teindre le seuil de cavitation
du bain d'alliage 2, on assiste à une décantation accélérée des mattes. Les mattes
de densité plus faibles que le bain 2 remontent à la surface dans le compartiment
8 et y forment une couche superficielle 15 enrichie en mattes alors que les mattes
de densité plus élevée que le bain 2 forment une couche 16 dans le fond du bac 1.
[0015] En variante, on peut, comme représenté sur la figure 2, remplacer le pavillon circulaire
13 par une pièce 17 de forme tétraédrique mise en résonance, afin d'envoyer les vibrations
de manière égale dans toutes les directions de l'espace. Inversement, on peut chercher
à focaliser les vibrations de manière à concentrer l'injection d'énergie dans des
régions particulières du bain. Cela peut être fait, par exemple, en utilisant des
pavillons circulaires portant des zones en relief concentriques et régulièrement espacées.
[0016] On peut également remplacer le transducteur 14 par un émetteur à ultrasons. Dans
ces conditions, il est possible de créer dans le bain d'alliage 2 des phénomènes de
cavitation, à condition que ses dimensions soient réduites (de l'ordre de quelques
dizaines de cm), ou de multiplier le nombre d'émetteurs de manière à ce que l'ensemble
du bain 2 soit concerné par la cavitation et pas seulement les zones les plus proches
du pavillon 13. De même, les émetteurs ultrasonores peuvent être maintenus hors du
bain d'alliage 2 et appliqués sur l'extérieur des parois du bac 1, ce qui évite de
prévoir des moyens pour les protéger de l'attaque par le bain d'alliage 2. En contrepartie,
il y a le risque que, dans le cas général, le rendement vibratoire des émetteurs soit
insuffisant pour obtenir une cavitation dans le bain 2. On ne peut donc l'envisager
que pour des installations de très faibles dimensions, qui seraient par exemple adaptées
au revêtement de petites pièces isolées.
[0017] La figure 3 représente une variation possible de l'installation selon l'invention
représentée sur la figure 1. Les éléments communs aux deux installations sont désignés
par les mêmes repères. Ici, la conduite 11 et la pompe 12 amènent le bain d'alliage
du compartiment de décantation 8 au compartiment de galvanisation 7. Le retour de
l'alliage dans le compartiment de décantation s'effectue par un seuil de débordement
18 ménagé au-dessus de la cloison 9, dont la hauteur est légèrement inférieure à la
profondeur nominale du bain 2.
[0018] De manière générale, il est recommandé de faciliter particulièrement le passage dans
le compartiment de décantation 8 des couches supérieures du bain d'alliage 2 que renferme
le compartiment de galvanisation 7, car ces couches sont les plus riches en mattes
de faible densité susceptibles de polluer le revêtement. C'est dans cet esprit que
sur l'installation de la figure 1, la conduite 11 prend naissance dans la partie supérieure
du compartiment de galvanisation 7.
[0019] De manière similaire, on peut aussi prévoir, sur l'installation de la figure 1, de
connecter également la partie inférieure du compartiment 7 de galvanisation à la conduite
11, de manière à améliorer encore davantage la propreté des couches inférieures du
bain 2, susceptibles de renfermer des mattes de forte densité.
[0020] Des modifications peuvent, bien entendu, être apportées aux installations qui viennent
d'être décrites et représentées. En particulier, il n'est pas strictement indispensable
de diviser le bac 1 en deux compartiments 7 et 8 entre lesquels on organise une circulation
de l'alliage liquide 2. Cela est néanmoins très conseillé, afin d'éviter que la bande
3 ne piège dans son revêtement une quantité élevée de mattes décantées lors de sa
traversée des zones du bain 2 proches de la surface.
[0021] Inversement, on peut multiplier le nombre des compartiments, et prévoir par exemple
une pluralité de compartiments de décantation avoisinant un compartiment unique de
galvanisation, ou une pluralité de compartiments de galvanisation alimentés par un
compartiment unique de décantation, ou toute combinaison de ces possibilités.
[0022] Il va de soi que l'invention peut être appliquée non seulement aux installations
de galvanisation au défilé de bandes d'acier, mais à toutes les installations de revêtement
au trempé de produits métallurgiques, en défilement ou immobiles, par un alliage métallique
initialement à l'état liquide et susceptible de contenir des impuretés solides que
l'on désire éliminer.
1) Procédé de revêtement d'un produit métallurgique, notamment en acier, selon lequel
on trempe ledit produit dans un bain d'alliage métallique renfermant des impuretés
solides, caractérisé en ce que, afin d'accélérer la décantation desdites impuretés,
on réalise une insonation dudit bain d'alliage.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite insonation est réalisée
de manière à créer des phénomènes de cavitation à l'intérieur dudit bain d'alliage.
3) Installation de revêtement de produits métallurgiques (3), notamment en acier,
du type comprenant un bac (1) renfermant un bain (2) d'alliage métallique et des moyens
(4,5) pour tremper lesdits produits dans ledit bain d'alliage (2), caractérisée en
ce qu'elle comprend également des moyens d'insonation dudit bain d'alliage (2).
4) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens d'insonation
sont constitués par au moins un pavillon circulaire (13) trempant dans ledit bain
(2) et relié à un transducteur (14) lui imposant des vibrations.
5) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit pavillon (13)
est maintenu à une distance ("h") du fond dudit bac (1) égale à un nombre entier de
demi-longueurs d'onde desdites vibrations.
6) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens d'insonation
sont constitués par au moins une pièce (17) de forme tétraédrique trempant dans ledit
bain (2) et reliée à un transducteur (14) lui imposant des vibrations.
7) Installation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que ledit
transducteur (14) est un excitateur électromagnétique et en ce que lesdites vibrations
ont un fréquence comprise entre 100 et 20 000 Hz.
8) Installation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que ledit
transducteur (14) est un excitateur magnétostrictif et en ce que lesdites vibrations
ont une fréquence comprise entre 100 et 20 000 Hz.
9) Installation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que ledit
transducteur (14) est un excitateur piézoélectrique et en ce que lesdites vibrations
ont une fréquence comprise entre 100 et 20 000 Hz.
10) Installation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que ledit
transducteur (14) est un excitateur ultrasonore.
11) Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que lesdits moyens d'insonation
dudit bain (2) d'alliage sont constitués par au moins un excitateur ultrasonore appliqué
contre une paroi dudit bac (1).
12) Installation selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisée en ce que ledit
bac (1) comprend au moins une cloison (9) le séparant en au moins deux compartiments
(7,8) renfermant chacun soit lesdits moyens (4,5) pour tremper lesdits produits métallurgiques
(3) dans ledit bain (2) d'alliage, soit lesdits moyens d'insonation dudit bain (2)
d'alliage, et en ce que elle comprend également des moyens pour mettre en communication
lesdits compartiments (7,8).
13) Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que lesdits moyens
pour mettre en communication lesdits compartiments (7,8) comprennent au moins une
conduite (11) pourvue d'une pompe (12) prélevant l'alliage dans l'un desdits compartiments
(7,8) et le transférant dans l'autre.
14) Installation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que lesdits moyens
pourmettre en communication lesdits compartiments (7,8) comprennent au moins une ouverture
(10) ménagée dans ladite cloison (9).
15) Installation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que lesdits moyens
pourmettre en communication lesdits compartiments (7,8) comprennent un seuil de débordement
(18) ménagé au-dessus de ladite cloison (9)