Procédé de traitement de profils conducteurs, notamment métalliques installation pour sa mise en oeuvre

Abstract

 L'invention concerne un procédé de traitement de profils (2) en matériaux conducteurs de l'électricité, suivant lequel on fait défiler lesdits profils (2) à travers un bain de traitement (4) constitué de métal liquide, et plus particulièrement de zinc. Préalablement à leur immersion dans ledit bain (4), lesdits profils (2) sont chauffés par effet Joule par alimentation électrique au niveau d'un bain de contact (8) situé en amont du bain de traitement.
Un bain prelimmaire (6) est de préférence prévu et le bain de contact (8) est porté à un potentiel élevé par rapport au bain de traitement (4) et au bain préliminaire (6) qui sont à la masse électrique. On assure la régulation de la température de chaque profil (2) individuel à l'entrée du bain de traitement (4) en agissant sur l'intensité du courant, de manière à maintenir constante la résistance électrique du profil (2) à cet endroit.

Description

[0001] La présente invention concerne le domaine des techniques de revêtement de profils conducteurs, notamment de profils métalliques. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé de traitement de profils conducteurs, notamment de fils métalliques, permettant de réaliser sur de tels profils un dépôt en au moins une matière électriquement conductrice. On concevra que ce procédé s'applique d'une manière plus particulièrement avantageuse au traitement de fils métalliques, et plus généralement de fils ou autres profils en matériaux électriquement conducteurs, par des revêtements métalliques, le cas particulièrement préféré de l'invention concernant le revêtement de fils d'acier par du zinc, par la technique dénommée "galvanisation".

[0002] L'invention porte également sur un dispositif ou une installation permettant de réaliser le traitement précité.

[0003] Elle a également pour objet les fils revêtus obtenus par le procédé ou. dans l'installation de l'invention.

[0004] Il a été précédemment indiqué que l'invention concernait le traitement de profils. On entend ici couvrir par cette expression, non seulement les fils métalliques stricto sensu, mais de façon plus générale, tous les produits constitués par une matière électriquement conductrice se présentant en longueur, de telle sorte qu'il soit possible de les traiter par défilement à travers des bains de traitement, soit notamment en les dévidant à partir de bobines d'alimentation, pour les enrouler sur des bobines de réception à la sortie de l'installation, ou pour les conditionner par coupe à longueur.

[0005] Le traitement de ces profils est réalisé par des bains de matériaux conducteurs de l'électricité se présentant à l'état liquide dans les conditions du traitement, soit en règle générale, par un métal ou un alliage métallique fondu.

[0006] Dans le domaine de la galvanisation des profils d'acier auxquels l'invention s'intéresse particulièrement, il est usuel de faire défiler des fils à travers une installation dans laquelle le poste essentiel est celui de la galvanisation proprement dite et où les fils traversent une cuve contenant un bain de zinc chauffé à l'état liquide. Juste en amont de la cuve, on procède généralement à un préchauffage des fils à une température qui est assez nettement inférieure à celle du bain de zinc, ceci afin d'éviter l'oxydation des fils dans l'air ambiant. A la sortie du bain de traitement, c'est-à-dire en aval, ces fils sont refroidis, par exemple par aspersion d'eau et par circulation d'air, ou une combinaison de ces deux techniques, avant d'être enroulés sur des bobines de réception.

[0007] Cette galvanisation peut s'effectuer en série avec des traitements classiques visant à améliorer les propriétés mécaniques de l'acier, ce qui implique de faire passer les fils par un four de recuit, du type tunnel, éventuel- _leme-nt par un bain de trempe, puis par des postes de refroidissement, de décapage, de rinçage, avant d'atteindre le préchauffage précité et le bain de zinc lui-même.

[0008] Les techniques mises en oeuvre jusqu'à ce jour n'ont pas donné entièrement satisfaction, et ceci pour des raisons qui sont directement liées à la mise en oeuvre de la réaction chimique de formation du revêtement de galvanisation. Il apparaît que l'adhérence du revêtement de zinc sur le fil est fortement influencée par la nature et la structure des premières couches d'alliage fer-zinc formées sur la surface de l'acier à l'entrée dans le bain. Ce dernier est habituellement à une température relativement basse, de l'ordre de 450 °C environ. Afin d'obtenir des revêtements de zinc fortement adhérents, il est indispensable d'utiliser des aciers calmés ou semi--calmés ; des aciers effervescents ou des aciers en provenance de mini- aciéries ne donnant pas de résultats satisfaisants aux tests d'adhérence.

[0009] Dans certains cas, il a été proposé d'utiliser une atmosphère nitrurante et réductrice afin de préparer la surface de l'acier et de l'introduire à une température de l'ordre de 720 °C dans le zinc fondu qui constitue le bain de traitement. Il est toutefois hors de question d'adopter une température supérieure, la température du fil ne pouvant être maintenue constante depuis la sortie du four de chauffe jusqu'à l'entrée du bain de zinc, ceci pour des raisons technologiques.

[0010] La présente demande de brevet vise à pallier les inconvénients précités. Elle permet aussi d'améliorer les propriétés mécaniques et physico-chimiques que l'on recherche habituellement dans les fils d'acier galvanisé ou, plus généralement, dans tout profil revêtu ou traité de manière similaire.

[0011] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement de profils en matériaux conducteurs de l'électricité, suivant lequel on fait défiler lesdits profils à travers un bain de traitement liquide, caractérisé en ce qu'on assure un chauffage desdits profils par effet Joule, préalablement à leur immersion dans ledit bain par passage à travers un bain de contact conducteur intermédiaire porté à un potentiel élevé par rapport au bain de traitement et à un bain conducteur préliminaire.

[0012] Les profils sont de préférence portés de cette manière jusqu'à atteindre, à l'entrée du bain de traitement, une température supérieure à celle de ce bain, pour le maintenir à la température de traitement utile. Les porter ainsi jusqu'à une température supérieure à la température de vaporisation dudit bain de traitement permet, en outre très souvent, d'améliorer le résultat du traitement.

[0013] Un bain de traitement conducteur de l'électricité peut constituer l'un des contacts entre lesquels le courant circule à travers les profils, le long du tronçon compris entre les contacts. Dans ce cas, avant l'immersion dans ledit bain de traitement, on fait passer le profil dans un bain de contact conducteur.

[0014] Préalablement audit bain de contact, on fait avantageusement passer ledit profil dans un bain dégraissant ; les contacts électriques, sont alors répartis : pour ce qui concerne le premier contact au niveau du bain de dégraissage, pour le deuxième contact au niveau dudit bain de contact, et pour ce qui concerne le troisième contact, assurant avec le second le chauffage par effet Joule dudit profil, au niveau du bain de traitement.

[0015] Dans une des applications principales du procédé, le profil est constitué par un profil d'acier.

[0016] Dans le cadre de sa mise en oeuvre pour la galvanisation, le bain de traitement est constitué par un bain de zinc. Le bain de contact précédant le bain de traitement peut être constitué par un bain de métal fondu, par exemple par un bain de plomb, ou par un bain d'électrolyte.

[0017] Un bain de contact préalable pour un dégraissage peut être constitué par un bain électrolytique. On peut d'ailleurs penser là à appliquer tout autre traitement électrolytique de type connu en soi. Une inversion périodique de polarité permet d'alterner sur le profil, les effets anodiques et cathodiques du traitement.

[0018] Un des intérêts de l'invention réside dans la facilité de traitement simultané de plusieurs fils ou plusieurs ensembles de fils. Dans ce cas on règle la densité de courant individuellement fil par fil, pour l'adapter aux variations de vitesse de défilement desdits fils et obtenir toujours la température constante désirée. Ici, chacun des fils ou profils peut être remplacé par une pluralité de fils ou profils, par exemple en nappe.

[0019] Afin de le protéger de l'atmosphère corrosive et pour le maintenir au contraire dans l'environnement de vapeur de zinc, le profil est avantageusement entouré par une enveloppe protectrice entre le bain de contact et le bain de traitement.

[0020] Comme on l'a indiqué précédemment, l'invention a également pour objet un dispositif ou une installation pour réaliser le traitement de profils conducteurs de l'électricité et plus particulièrement de fils métalliques. Cette installation comprend une cuve contenant un bain de traitement liquide et des moyens pour chauffer le profil avant sa pénétration dans ladite cuve. Elle est caractérisée en ce que lesdits moyens pour chauffer les profils comprennent une source de courant électrique dont les pôles sont respectivement reliés audit bain de traitement et à un bain de contact traversé par lesdits profils en amont sur leur circuit de défilement.

[0021] L'invention concerne bien entendu également les profils conducteurs de l'électricité, et plus particulièrement les fils métalliques traités selon le procédé de l'invention ou obtenus dans une installation conforme aux dispositions précitées.

[0022] Dans un mode de réalisation préféré, l'installation comporte successivement sur le circuit, une cuve de bain électrolytique à la masse électronique, une cuve de bain de contact intermédiaire porté à un potentiel élevé par rapport à la masse, et une cuve de traitement contenant un bain de zinc, également à la masse, et elle comporte des moyens électroniques associés pour régler le courant appliqué à chaque fil de manière à maintenir constante sa température à l'entrée du bain de traitement. Eh pratique, on peut avantageusement utiliser comme grandeur de consigne, plutôt que la température elle-même, le résultat d'une mesure de résistance par la différence de tension aux bornes de fil dans son tronçon compris entre le bain de contact intermédiaire et le bain de traitement, en se référant suivant les fils traités, à des relations entre résistance et température qui peuvent être enregistrées sur ordinateur.

[0023] Aux fins d'illustration, l'invention sera maintenant décrite en référence au dessin annexé à la présente description, qui représente un mode particulier de réalisation d'une installation de l'invention, spécialement adapté au traitement de fils d'acier en vue de leur galvanisation.

[0024] L'installation décrite comprend une réserve de fils non traités 1, des moyens pour mettre un fil 2 sortant de la réserve de fils 1 sous tension, une cuve 3 contenant le bain de traitement 4.

[0025] Le fil 2, qui sort de la réserve de fil 1 et qui sera ensuite dirigé vers un enrouleur 5 à la fin du traitement passe dans une première étape, dans un dispositif 6 constituant le premier contact électrique, dans un bain de dégraissage électrolytique du fil.

[0026] Sortant de ce dispositif de dégraissage, le fil aboutit dans une cuve 7 contenant un métal en fusion 8, par exemple du plomb fondu, dans laquelle est assuré un deuxième contact électrique. En variante, la cuve 7 peut contenir un bain électrolytique assurant en outre une fonction de décapage du fil, à base d'acier sulfurique ou de soude, et elle peut se terminer par un dispositif de rinçage.

[0027] En sortant de cette cuve 7, le fil métallique passe dans un tube 9, qui évite la mise en contact avec l'air ambiant, et pénètre dans la cuve 3 qui contient le bain de traitement, soit du zinc en fusion 4, lequel assure un troisième contact électrique avec les fils en défilement.

[0028] Les potentiels, et donc l'intensité du courant qui traverse le fil 2, peuvent être réglés en fonction, d'une part des propriétés électriques, notamment de la résistance électrique du fil, et de la vitesse de défilement de celui-ci. Le potentiel est élevé au niveau du second contact (bain de plomb), les deux autres étant à la masse électrique. Entre le second et le troisième contact, la circulation du courant le long du tronçon de fil, le chauffe de telle sorte que le fil pénètre dans la cuve 3, au point indiqué par la référence 10, à une température qui est la plus élevée de l'installation et qui peut être supérieure à la température de vaporisation du bain de traitement 4. Dans le cas du zinc, cette température de vaporisation est d'environ 907 °C.

[0029] De cette sorte, au cours de son introduction dans le zinc liquide, il se forme à la surface du fil une gaine de vapeur de zinc ; celle-ci remonte le fil à contre-courant dans l'enceinte 9, pour se condenser sur les parties du fil plus froides en amont, créant ainsi la première couche d'accrochage pour le revêtement de zinc, développée plus tard à l'intérieur du bain 4 proprement dit.

[0030] Après le passage dans ce bain, le fil ainsi revêtu est soumis à un jet de gaz, puis à un jet d'air, et enfin à une aspersion par de l'eau, avant d'être stocké par le biais de l'enrouleur 5 de façon connue en soi.

[0031] Le procédé de l'invention, quand il est appliqué à la galvanisation de fils d'acier avec patentage, est mis en oeuvre de manière à chauffer les fils au-dessus du point d'austénisation de l'acier, c'est-à-dire à une température supérieure à 950 °C. Par le fait que l'alliage fer- carbone passe à ce stade en phase gamma, on évite que le carbone reste très concentré dans le centre des fils comme cela se produit habituellement, surtout pour ce qui concerne les aciers effervescents et également dans les aciers calmés ou semi-calmés.

[0032] On peut ainsi obtenir des fils de qualités mécaniques améliorées, alors que parallèlement, la présence du carbone dans la couche de surface des fils en phase gamma active la réaction entre le fer et le zinc et favorise l'adhérence du revêtement.

[0033] Sur le plan électrique, on rappellera que les fils sont alimentés en courant à l'aide de trois contacts.

[0034] Le premier contact, dans le cas particulier considéré ici, est constitué par un bain de dégraissage électrolytique qui est commun à tous les fils et mis à la terre. Une inversion périodique de la polarité au niveau du second contact permet de faire alterner dans le bain de dégraissage, les phases de décapage anodique et les phases de décapage cathodique.

[0035] Le deuxième contact se traduit par des arrivées de potentiel, isolées par rapport à la terre, en autant de contacts individuels qu'il y a de fils ou de nappes dont on désire contrôler séparément le chauffage, ceux-ci passant alors dans des conduits individuels.

[0036] Le troisième contact, est constitué par le bain de zinc, qui est mis à la terre. Il est commun aux divers fils.

[0037] Comme cela a déjà été précisé, la température du fil la plus élevée se trouve juste à l'entrée du bain de zinc. L'ajustement de cette température au niveau souhaité peut être réalisé à l'aide d'un ensemble de régulation en boucles fermées assisté d'un ordinateur. De même, la variation de courant pourra être obtenue par l'ensemble de régulation. La température à l'entrée du bain de traitement dépendra, bien sûr, de la nature du matériau constituant ce bain de traitement. A la suite elle sera maintenue à la valeur choisie au moyen d'un ensemble de régulation qui sera décrit ci-après en référence à la figure.

[0038] Sur celle-ci la référence 18 montre l'admission d'une atmosphère neutre dans le tube de protection 9, tandis que les références 21, 20 et 19 désignent respectivement les moyens qui assurent le jet de gaz, le jet d'air et l'aspersion par l'eau à la sortie du bain de zinc. Les tensions respectives sont imposées aux trois bains par une source de courant 17. Il peut s'agir d'un courant continu quand le bain de contact intermédiaire est un métal liquide, mais on utilise de préférence un courant alternatif en liaison avec l'emploi d'un électrolyte pour ce bain de contact.

[0039] La grandeur à maintenir constante est la température de chacun des fils individuels à l'entrée 10 dans le bain de traitement 3, laquelle, pour un courant déterminé dans la transmission de fils, compris entre le bain intermédiaire et le bain de traitement 3, peut être influencée, par exemple par des variations inévitables intervenant dans la vitesse de défilement du fil. Toutefois, ce n'est pas la température elle-même qui est mesurée, mais plutôt la tension du tronçon de fils partant dans le tube 9, cette tension étant détectée par le voltmètre 16, beaucoup plus facilement que l'on ne pourrait détecter la température. L'intensité du courant circulant dans ce tronçon est calculée en 13, comme étant égale à la différence entre l'intensité totale circulant en 14 vers le bain de contact intermédiaire 8 et l'intensité secondaire circulant en 12 du bain préliminaire 6.

[0040] La résistance électrique R du tronçon est calculée en 15 à partir de la différence de potentiel entre ces bornes et de l'intensité de courant pour être utilisée comme grandeur de référence maintenue constante et égale à une valeur de consigne prédéterminée par la régulation. Pour chaque type de fil, cette valeur de consigne est déterminée en fonction de la température désirée par comparaison avec des groupes connus qui représentent les variations de la résistance électrique en fonction de la température.

[0041] Afin de protéger le fil par une atmosphère appropriée, les trois contacts sont reliés de préférence entre eux par des conduits étanches et isolants permettant le passage du fil et limitant les déperditions par convection et rayonnement.

[0042] Un autre avantage procuré par l'invention, réside dans les dimensions de l'installation nouvelle.

[0043] En effet, les procédés de l'art antérieur nécessitaient des installations qui, usuellement, avaient une longueur de 100 m. Les installations selon l'invention peuvent maintenant être aménagées sur des longueurs inférieures à 20 m.

[0044] De plus, la cuve de traitement elle-même est de dimensions plus réduites, car les réactions entre le métal constituant le fil et le bain de traitement étant très rapides, la longueur de cette cuve est fortement réduite.

[0045] Un second avantage de l'invention réside dans le bilan énergétique, puisque des coefficients de l'ordre de 7 à 8 peuvent être atteints.

[0046] Le procédé de l'invention permet, en effet, d'éviter les étapes de décapage, de rinçage, de fluxage, de séchage et de chauffage du bain de traitement qui étaient requises avant la présente invention.

[0047] Dans le nouveau procédé mis en oeuvre, les calories sont apportées au bain de traitement par le fil et il n'est plus nécessaire de chauffer, par exemple la cuve de zinc dans le cas de la galvanisation, pendant l'exploitation. Seul un dispositif de chauffage compensant les déperditions pendant l'arrêt de l'installation est nécessaire.

[0048] Ceci autorise d'ailleurs l'usage d'une cuve en céramique, dont la durée de vie est illimitée.

[0049] Les fils revêtus, en particulier les fils d'acier galvanisé, réalisés par le procédé de l'invention ont des propriétés mécaniques et chimiques remarquables du fait de l'excellente adhérence du revêtement, par exemple du zinc sur ce fil.

[0050] A titre d'illustration, on pourra préciser qu'il est possible, avec des fils à faible carbone réalisés selon l'invention, d'enrouler ceux-ci sur leur propre diamètre, sans risque de craquelure du revêtement, ce qui n'était pas le cas des fils de l'art antérieur.

[0051] Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réalisation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.

[0052] On aura compris par exemple que le traitement de fils clairs peut s'effectuer par la même technique, mais à des températures plus faibles. Il est d'ailleurs très facile de faire fonctionner l'installation alternativement sur des fils clairs ou des fils patentés, la variation du potentiel appliqué au second bain de contact suffisant à modifier la température des fils à l'entrée du bain de traitement.

Revendications

1. Procédé de traitement de profils en matériaux conducteurs de l'électricité, suivant lequel on fait défiler lesdits profils à travers un bain de traitement constitué d'un métal liquide pour réaliser un revêtement de ce métal sur le profil, caractérisé en ce qu'on assure un chauffage desdits profils par effet Joule, préalablement à leur immersion dans ledit bain de traitement en faisant passer lesdits profils dans un bain de contact (7) conducteur, situé en amont du bain de traitement et porté à un potentiel électrique élevé par rapport au bain de traitement et à un bain préliminaire par lequel les profils passent en amont du bain de contact.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit bain préliminaire est un bain de dégraissage électrolytique (6).

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de chacun, de profil différent, circulant dans lesdits bains de traitement, est maintenue constante à l'entrée desdits bains de traitement, par régulation de l'intensité de courant circulant dans ledit profil à partir du bain de contact.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on maintient constante la température de chaque profil à l'entrée dans le bain de traitement par raction sur le courant de chauffage dudit profil.

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on inverse périodiquement la polarité d'un deuxième contact, au niveau dudit bain de contact, par rapport à un premier contact, au niveau du bain de dégraissage, et un troisième contact, au niveau du bain de traitement.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en cè que ledit profil est constitué par un fil métallique.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, appliqué à la galvanisation de profils d'acier et caractérisé en ce que ledit bain de traitement est constitué par un bain de revêtement à base de zinc.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit bain de contact est constitué par un bain de plomb.

9. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on traite simultanément plusieurs profils et en ce que l'on règle la densité de courant des profils individuellement, de manière à maintenir constante la résistance du profil correspondant, mesurée aux bornes du tronçon compris entre le bain de contact et le bain de traitement.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit fil est entouré par une enveloppe protectrice au moins entre le bain de contact et le bain de traitement.

11. Installation pour le traitement de profils en matériaux conducteurs de l'électricité comprenant des moyens pour faire défiler lesdits profils à travers une cuve contenant le bain de traitement et des moyens pour chauffer lesdits profils avant leur pénétration dans ladite cuve, ledit bain de traitement liquide étant conducteur de l'électricité, caractérisée en ce que lesdits moyens pour chauffer les profils comprennent une source de courant électrique dont les pôles sont respectivement reliés audit bain de traitement et à un bain de contact traversé par lesdits profils en amont du bain de traitement sur leur circuit de défilement.

12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un bain de dégraissage électrolytique porté à un potentiel différent de celui du bain de contact.

13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens pour calculer la différence entre une intensité de courant total amenée à chacun des profils dans le bain de contact et une intensité de courant secondaire passant dans le bain préliminaire, des moyens de détection de la tension aux bornes du tronçon de profil compris entre le bain de contact et le bain de traitement, des moyens pour calculer la résistance desdits tronçons à partir de ladite différence et de ladite tension et des moyens pour réguler l'alimentation de courant de manière à maintenir ladite résistance à une valeur constante prédéterminée.

Dessins