Procédé et dispositif d'épuration d'un bain de métal liquide au trempé à chaud d'une bande d'acier

Abstract

 La présente invention a pour objet un procédé d'épuration d'un bain de métal liquide notamment de zinc ou de zinc-aluminium destiné à la fabrication en continu d'une bande d'acier revêtue par immersion dans une zone (5a) de revêtement, pro­cédé selon lequel on met en ciruclation continue le bain (2) de revêtement métallique entre la zone (5a) de revêtement et une zone (5b) d'épuration, on provoque dans la zone (5b) d'épuration la remontée en surface des composés intermétalliques solides contenus dans ledit bain, on accélère la remontée desdits composés, et on ramène vers la zone (5a) le bain (2) épuré dont la teneur en fer est voisine ou inférieure à la limite de la solubilité.
L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'épuration d'un bain de métal liquide, notamment de zinc ou de zinc-alumi­nium, destiné à la fabrication en continu d'une bande d'acier revêtue par immersion.

[0002] La présente invention est particulièrement adaptée à la galvanisation à chaud en continu.

[0003] Au cours de l'immersion de la bande d'acier dans le bain de métal liquide, le fer de ladite bande se trouve attaqué par le bain de métal liquide et se dissout dans ledit bain. Au delà de la limite de la solubilité, le fer réagit avec les éléments du bain pour former des composés intermétalliques solides sous forme de particules, zinc-fer, zinc-fer aluminium, ou zinc-aluminium dans le cas de la galvanisation au trempé à chaud.

[0004] Ces particules ont une taille allant de quelques microns à plusieurs centaines de microns en fonction du degré de saturation du bain. Selon leur densité et leur composition, ces particules remontent à la surface, ou restent en saturation ou encore se déposent au fond du bain. Par conséquent, les particules peuvent être entraînées par la bande et restées incluses dans le revêtement. Or, les inclusions de particules sont préjudiciables à l'aspect de surface et à l'utilisation de la tôle galvanisée à chaud, en particulier pour les pièces visibles de carrosserie automobile.

[0005] La présente invention a pour but de limiter la taille et la quantité de particules présentes dans le bain, particulièrement à proximité de la bande, et par conséquent de limiter leur présence dans le revétement.

[0006] La présente invention a ainsi pour objet un procédé d'épuration d'un bain de métal liquide, notamment de zinc ou de zinc-aluminium, destiné à la fabrication en continu d'une bande d'acier revêtue par immersion dans une zone de revêtement, consistant :
- à mettre en circulation continue, le bain de revétement métallique entre la zone de revêtement et une zone d'épuration,
- a provoquer dans la zone d'épuration, la remontée en surface des composés intermetalliques solides contenus dans ledit bain,
- à accélérer la remontée desdits composants intermétalliques solides,
- et à ramener vers la zone de revêtement le bain épuré dont la teneur en fer est voisine ou inférieure à la limite de solubilité, caractérisé en ce que la remontée des composés intermétalliques solides dans la zone d'épuration est provoquée par une baisse de la température du bain dans ladite zone d'épuration afin d'abaisser la limite de solubilité du fer.

[0007] Selon d'autres caractéristiques :
- la température du bain dans la zone d'épuration est comprise entre 435 et 460°C et de préférence entre 440 et 450°C, la température du bain dans la zone de revétement étant comprise entre 440 et 490°C et de préférence entre 460 et 470°C.
- ladite remontée des composés intermétal­liques solides dans la zone d'épuration est accé­lérée Par une concentration en aluminium plus élevée du bain dans la zone d'épuration,
- la concentration en aluminium du bain dans la zone d'épuration est comprise entre 0,15 et 0,70% et de préférence entre 0,20 et 0,30%.

[0008] L'invention a également pour objet un dispo­sitif d'épuration d'un bain de métal liquide notam­ment de zinc ou de zinc-aluminium destiné à la fabrication en continu d'une bande d'acier revêtue par immersion dans une cuve formant une zone de revêtement comprenant des moyens de mise en circulation continue du bain de métal liquide entre la zone de revêtement et une enceinte formant une zone d'épuration et inversement, des moyens de remontée en surface, dans la zone d'épuration des composés intermétalliques solides contenus dans ledit bain, et des moyens d'accélération de la remontée desdits composés intermétalliques solides, caractérisé en ce que les moyens de mise en circu­lation continue du bain de métal liquide comprennent au moins une pompe à vitesse variable et en ce que ladite pompe à vitesse variable prélève le bain de métal liquide polué dans la zone de revêtement par l'intermédiaire d'une tuyauterie et l'envoi aux deux extrémités de la zone d'épuration à un niveau com­pris entre la moitié et les deux tiers de la hauteur du bain dans ladite zone.

[0009] Selon d'autres caractéristiques :
- ladite pompe à vitesse variable reprend le bain de métal liquide épuré à la partie inférieure de la zone d'épuration et le renvoi dans la zone de revêtement par une tuyauterie,
- les moyens de remontée en surface, dans la zone d'épuration, des composés intermétalliques so­lides sont formés par un circuit de refroidissement du bain dans ladite zone de façon à maintenir la température dudit bain inférieure à la température du bain dans la zone de revêtement,
- les moyens d'accélération de la remontée en surface, dans la zone d'épuration, des composés intermétalliques solides sont formés par des lingots introduits dans ladite zone d'épuration et dont la teneur moyenne en aluminium se situe entre 0,30 et 0,80% et de préférence entre 0,40 et 0,50%.

[0010] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la Fig. 1 est une vue schématique en coupe transversale d'une cuve de revêtement neuve ou rénovée munie du dispositif suivant l'invention,

- la Fig. 2 est une vue de dessus de la Fig. 1,

- la Fig. 3 est une vue schématique en coupe transversale d'une cuve de revêtement existante à laquelle est associée le dispositif suivant l'inven­tion,

- la Fig. 4 est une vue de dessus de la Fig. 3.

[0011] En se reportant aux Figs 1 et 2, on a représenté une cuve désignée dans son ensemble par la référence 1, et remplie d'un bain de métal liquide 2 notamment de zinc ou de zinc-aluminium.

[0012] Cette cuve 1 comporte éventuellement un moyen 3 de régulation de la température, par exemple par induction, par thermo-plongeurs ou encore par résistances électriques dans le cas d'une cuve en acier.

[0013] La cuve 1 comporte deux compartiments séparés par unà cloison 4, par exemple en briques réfractaires, qui définissent une première enceinte le formant une zone 5a de revêtement et une deuxième enceinte 6 formant une zone 5b d'épuration du bain de métal liquide.

[0014] Dans la zone 5a de revêtement, circule en continu une bande d'acier 7 par l'intermédiaire d'un rouleau 8. La bande d'acier 7 est protégée, à son entrée dans le bain 2 de la zone 5a de revêtement, par une gaine 9.

[0015] Au cours de l'immersion de la bande d'acier 7 dans le bain de métal liquide 2, le fer de ladite bande se trouve attaqué par le bain de métal liquide et se dissout dans ledit bain. Au delà de la limite de solubilité, le fer réagit avec les éléments du bain 2 pour former des composés intermétalliques solides sous forme de particules zinc-fer, ou zinc-­fer-aluminium ou zinc-aluminium dans le cas de la galvanisation au trempé à chaud. Selon leur densité et leur composition, ces particules remontent à la surface, ou restent en saturation ou encore se déposent au fond du bain 2.

[0016] Par conséquent, les particules peuvent être entrainées par la bande 7 et restées incluses dans le revêtement.

[0017] Pour éviter cela, la cuve 1 comporte des moyens de mise en circulation en continu du bain 2 de métal liquide entre la zone 5a de revêtement et la zone 5b d'épuration.

[0018] Ces moyens sont constitués d'une première pompe à vitesse variable 10 qui prélève le bain 2 de métal liquide polué dans la zone 5a de revêtement à. proximité de la bande 7 et du rouleau 8 par l'intermédiaire d'une tuyauterie 11 et qui l'envoie par l'intermédiaire d'une tuyauterie 12 aux deux extrémités de la zone 5b d'épuration à un niveau compris entre la moitié et les deux tiers de la hauteur du bain dans ladite zone 5b d'épuration.

[0019] Les moyens de mise en circulation continue du bain de métal liquide comprennent également une deuxième pompe à vitesse variable 13 qui reprend le bain 2 de métal liquide épuré à la partie inférieure de la zone 5b d'épuration par l'intermédiaire d'une tuyauterie 14 et le renvoie dans la zone 5a de revê­tement par une tuyauterie 15 à proximité de la bande 7 et du rouleau 8.

[0020] L'épuration du bain 2 dans la zone 5b est basée sur la remontée des composés intermétalliques solides en diminuant la solubilité du fer dans la zone 5b d'épuration, quand la température dudit bain 2 diminue et/ou quand la teneur en aluminium aug­mente.

[0021] A cet effet, et compte tenu des échanges thermiques entre la zone 5a de revêtement et la zone 5b d'épuration, la zone 5b d'épuration est munie d'un circuit avec fluide de refroidissement 20, par exemple par circulation d'un gaz, tel que l'air ou d'un liquide tel que de l'eau, de façon à maintenir la température du bain 2 dans la zone 5b à un niveau inférieur à la température du bain dans la zone 5a.

[0022] La température du bain dans la zone 5b est comprise entre 435 et 460°C et de préférence entre 440 et 450°C, tandis que la température du bain 2 dans la zone 5a de revêtement est comprise entre 440 et 490°C et de préférence entre 460 et 470°C.

[0023] Le taux d'aluminium dans la zone 5a de revê­tement est compris entre 0,15 et 0,20% et dans la zone 5b d'épuration entre 0,15 et 0,70% de préféren­ce entre 0,20 et 0,30%.

[0024] L'enrichissement en aluminium est réalisé avec des lingots préaluminés ou des lingots de zinc plus des lingots d'alliage zinc-aluminium introduits en A et B (Fig. 2) dans la zone 5b d'épuration.

[0025] Les lingots préaluminés ont une teneur en aluminium comprise entre 0,30 et 0,80% et de préférence entre 0,40 et 0,50%. Dans le cas d'une alimentation en zinc pur ou en zinc à teneur en aluminium faible, l'enrichissement est ralisé par addition d'aluminium ou d'alliage zinc-aluminium. Cette concentration plus élevée en aluminium va accélérer la formation des composés intermétalliques solides, fer-zinc- aluminium et fer-aluminium plus légers que le zinc.

[0026] Dans cette zone 5b, il n'y a pas l'effet d'appauvrissement en aluminium du bain 2 provoqué par la bande 7 comme dans la zone 5a de revêtement.

[0027] Cette remontée des composés intermétalliques solides étant relativement longue et devant être la plus complète que possible avant le retour du bain dans la zone 5a de revêtement, cette remontée est accélérée par un brassage local du bain 2.

[0028] A cet effet, la zone 5b est munie d'une petite conduite 21 d'introduction d'un gaz neutre, comme par exemple de l'azote, qui débouche à la partie inférieure de ladite zone 5b et qui crée dans cette zone un microbullage formant un mouvement ascendant du liquide et des composés intermétalli­ques solides.

[0029] Les composés intermétalliques dits mattes de surface sont éliminés par un opérateur ou par un dispositif automatique.

[0030] Afin de limiter la formation d'oxydes de zinc à la surface de la zone 5b d'épuration, cette dernière est munie d'un couvercle 22 et d'une amenée 23 de gaz neutre, comme par exemple de l'azote, de façon à maintenir la partie supérieure de ladite zone 5b sous une atmosphère neutre.

[0031] Dans le cas d'une cuve 1 existante, comme représentée aux Figs 3 et 4, la zone 5b d'épuration est formée par une cuve 30 indépendante de la cuve 1 et éventuellement munie de moyens de chauffage 31.

[0032] Comme pour le premier mode de réalisation, le dispositif comporte des moyens (10, 11, 12, 13, 14, 15) de mise en circulation continue du bain 2 de métal liquide entre la zone 5a de revêtement et la zone 5b d'épuration et inversement. Le dispositif comporte également des moyens de remontée en surface des composés intermétalliques solides constitués par le circuit de refroidissement 20 du bain 2 afin d'abaisser les limites de solubilité du fer et/ou par l'introduction de lingots préaluminés ou de lingots de zinc plus des lingots d'alliage zinc-aluminium en A et B de ladite zone 5b d'épuration.

[0033] La cuve 30 est munie d'un moyen 21 d'accéla­ration de la remontée des composés intermétalliques solides et d'un couvercle 22 ainsi que d'une injection 23 de gaz neutre limitant l'oxydation en surface du bain 2.

[0034] Dans les deux modes de réalisation, le dispositif comporte un système, non représenté, de régulation du niveau de bain 2 de métal liquide et les pompes à vitesse variable 10 et 13 peuvent être remplacées par tout autre matériel produisant le même effet. Le débit de circulation du bain 2 peut varier entre 6 et 60 T/h par exemple pour un renouvellement du bain toutes les trois heures environ. Le bain 2 revenant dans la zone 5a de revêtement est réchauffé et l'augmentation de la température a pour effet d'élever la solubilité du fer.

[0035] A la suite de ce traitement, le bain 2 a une teneur en fer réduite, pouvant être inférieure à la limite de saturation, et il présente un minimum de composés intermétalliques solides en sustentation.

[0036] Le procédé selon la présente invention permet de limiter la taille et la quantité de particules présentes dans le bain, particulièrement à proximité de la bande, et par conséquent de limiter leur présence dans le revêtement ce qui permet d'améliorer l'aspect de surface de la tôle, en particulier pour les pièces visibles de carrosserie automobile.

Revendications

1. Procédé d'épuration d'un bain (2) de métal liquide notamment de zinc ou de zinc-aluminium destiné à la fabrication en continu d'une bande d'acier (7) revêtue par immersion dans une zone (5a) de revêtement, consistant :
- à mettre en circulation continue le bain (2) de revêtement métallique entre la zone (5a) de revêtement et une zone (5b) d'épuration,
- à provoquer, dans la zone (5b) d'épura­tion, la remontée en surface des composés intermétalliques solides contenus dans ledit bain (2),
- à accélérer la remontée desdits composés intermétalliques solides,
- et à ramener vers la zone (5a) de revête­ment le bain (2) épuré dont la teneur en fer est voisine ou inférieure à la limite de solubilité, caractérisé en ce que la remontée des composés intermétalliques solides dans la zone (5b) d'épuration est provoquée par une baisse de la température du bain (2) dans ladite zone (5b) d'épuration afin d'abaisser la limite de solubilité du fer.

2. Procédé selon la revendication 1, carac­térisé en ce que la température du bain (2) dans la zone (5b) d'épuration est comprise entre 435 et 460°C et de préférence entre 440 et 450°C, la tempé­rature du bain (2) dans la zone (5a) de revêtement étant comprise entre 440 et 490°C et de préférence entre 460 et 470°C.

3. Procédé selon la revendication 1, carac­térisé en ce que ladite remontée des composés inter­métalliques solides dans la zone (5b) d'épuration est accélérée par une concentration en aluminium plus élevée du bain (2) dans la zone (5b) d'épura­tion.

4. Procédé selon la revendication 3, carac­térisé en ce que la concentration en aluminium du bain (2) dans la zone (5b) d'épuration est comprise entre 0,15 et 0,70% et de préférence entre 0,20 et 0,30%.

5. Dispositif d'épuration d'un bain (2) de métal liquide notamment de zinc ou de zinc-aluminium destiné à la fabrication en continu d'une bande d'acier (7) revêtue par immersion dans une cuve (1) formant une zone (5a) de revêtement, comprenant des moyens (10, 11, 12, 13, 14, 15) de mise en circulation continue du bain (2) de métal liquide entre la zone ( 5a) de revêtement et une enceinte (6, 30) formant une zone (5b) d'épuration et inversement, des moyens (20) de remontée en surface, dans la zone (5b) d'épuration des composés intermé­talliques solides contenus dans ledit bain, et des moyens. (21) d'accélération de la remontée desdits composés intermétalliques solides, caractérisé en ce que les moyens de mise en circulation continue du bain (2) de métal liquide comprennent au moins une pompe à vitesse variable (10, 13), et en ce que ladite pompe à vitesse variable (10) prélève le bain (2) de métal liquide polué dans la zone (5a) de revétement par l'intermédiaire d'une tuyauterie (11) et l'envoi aux deux extrémités de la zone (5b) d'épuration à un niveau compris entre la moitié et les deux tiers de la hauteur du bain (2) dans ladite zone (5b).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite pompe à vitesse variable (13) reprend le bain (2) de métal liquide épuré à la partie inférieure de la zone (5b) d'épu­ration et le renvoi dans la zone (5a) de revêtement par une tuyauterie (14, 15).

7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de remontée en surface, dans la zone (5b) d'épuration, des composés intermétalliques solides sont formés par un circuit de refroidissement (20) du bain (2) dans ladite zone (5b) de façon à maintenir la température dudit bain inférieure à la température du bain dans la zone (5a) de revêtement.

8. Dispositif selon la revendication 5, ca­ractérisé en ce que les moyens d'accélération de la remontée en surface, dans la zone (5b) d'épuration, des composés intermétalliques solides sont formés pàr des lingots introduits dans ladite zone (5b) d'épuration et dont la teneur moyenne en aluminium se situe entre 0,30 et 0,80% et de préférence entre 0,40 et 0,50%.

Dessins