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Dispositif et installation pour revêtir une bande d'acier.
La présente invention concerne un dispositif et une installation pour fabriquer des bandes d'acier revêtues possédant une excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation, ainsi qu'une bonne emboutissabilité et une excellente soudabilité.
L'installation suivant l'invention est particulièrement indiquée pour la fabrication de masse de produits relativement peu coûteux, particulièrement en vue de leur utilisation dans la construction, l'industrie automobile et les applications domestiques.
Dans la description qui suit de l'invention, on traitera plus particulièrement de l'utilisation du dispositif pour la fabrication de bandes d'acier galvanisées, mais il ne s'agit là que d'un exemple d'utilisation, sans aucun caractère restrictif.
On connaît depuis longtemps l'effet bénéfique du zinc pour la protection des bandes d'acier contre la corrosion, notamment la corrosion atmosphérique. Il existe de nombreux procédés pour déposer en continu un revêtement de zinc sur une bande défilant à travers un bain de zinc fondu ; les revêtements obtenus de la sorte assurent en général une protection satisfaisante.
La durée de la protection offerte par un revêtement de zinc dépend largement de l'épaisseur de ce revêtement. Il est possible d'accroître la durée de protection, c'est-à-dire en fait la résistance à la corrosion de la bande revêtue, en augmentant l'épaisseur du revêtement. Outre diverses difficultés techniques, cette solution entraîne une sérieuse augmentation du prix de la bande revêtue.
On connaît également la technique dite de"galvannealing", qui consiste en une diffusion à chaud du fer de la bande dans la couche de zinc, en vue d'améliorer la résistance à la corrosion. La composition de la couche d'alliage fer-zinc ainsi obtenue conditionne diverses autres propriétés de la bande revêtue, en particulier son aptitude à l'emboutissage, au
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soudage et à la peinture. Cette technique ne s'avère intéressante que pour des revêtements de zinc de faible épaisseur, c'est-à-dire inférieure à 10 gm environ ; au-delà de cette valeur il se produit un poudrage excessif à l'emboutissage.
Enfin, il a également déjà été proposé de déposer un revêtement métallique complémentaire sur une bande d'acier revêtue d'une couche de zinc, en particulier un revêtement d'aluminium, pour augmenter la résistance à la corrosion du produit revêtu.
La présente invention se situe dans le cadre de la technique du dépôt complémentaire par évaporation sous vide, telle que décrite dans la demande de brevet belge n* 09400086 du 25 janvier 1994, sur une bande galvanisée, le terme galvanisée englobant aussi les bandes ayant subi un traitement de galvannealing. Le procédé en question permet de déposer un revêtement complémentaire ayant une épaisseur contrôlée.
Le revêtement métallique complémentaire déposé sur la bande par évaporation sous vide est par exemple constitué d'aluminium et son épaisseur est inférieure à 5 Am, et de préférence à 2 Am.
Il est à noter que la phase de revêtement complémentaire par évaporation sous vide peut s'insérer dans une ligne de fabrication de bandes revêtues en continu par immersion ; dans ce cas le coût d'investissement, soit de la transformation qui ne concerne qu'un tronçon particulier de la ligne, soit de la station de traitement à la sortie du bain d'immersion, est relativement limité.
La présente invention a pour premier objet un dispositif particulier d'évaporation sous vide comprenant un four de chauffage à induction.
La technique d'évaporation sous vide à l'aide d'un creuset chauffé par induction est en effet la solution technique qui a été retenue pour tenir compte des impératifs de base pour la fabrication des produits. Pour travailler dans des conditions économiques et donner des résultats techniques intéressants, il est en effet important d'avoir une vitesse élevée d'évaporation allant jusqu'à 5 à 8 grammes par seconde et par
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mètre de largeur de la bande à revêtir et il convient également d'avoir un dispositif à haute efficacité de dépôt, avec un minimum de 95 % pour diminuer le coût en métal évaporé et les arrêts pour nettoyage de l'installation ;
d'autre part il est impératif, étant donné qu'il s'agit de fabrication de masse, d'avoir des équipements périphériques, tels que les sas, les pompes, etc., d'un coût peu élevé, en même temps que l'on s'efforce de réduire les coûts d'opération et par exemple la force motrice nécessaire à la création du vide dans l'installation de revêtement ; pour ce faire, il faut réaliser le dépôt dans un vide aussi peu poussé que possible.
Ces conditions de vitesse élevée d'évaporation, qui dépendent de la température que l'on peut atteindre et de la puissance de chauffage, se retrouvent particulièrement dans les chauffages à induction.
Le dispositif conforme à la présente invention, constitué par une cuve d'évaporation sous vide chauffée par induction, est caractérisé en ce que l'orifice de sortie des vapeurs se présente sous la forme d'une fente de petite largeur, située à courte distance du substrat à revêtir.
De préférence, la fente est orientée transversalement par rapport à la bande et sa longueur est égale à la largeur de la bande à revêtir.
Dans une réalisation particulièrement avantageuse, le dispositif est pourvu d'un système de protection de la fente contre les projections de métal de revêtement provenant du bain, porté à très haute température par le système de chauffage à induction ; ce système est par exemple constitué par un treillis situé entre le bain et la fente de sortie des vapeurs.
Le dispositif suivant l'invention rencontre ainsi la condition impérieuse de haute efficacité grâce à la faible distance entre la sortie des vapeurs métalliques et le substrat à recouvrir, ce qui limite les pertes de métal par évaporation autour de l'appareil ; grâce à cette disposition il n'est pas nécessaire que l'installation se trouve sous vide poussé et en conséquence les accessoires, tels que les sas d'étanchéité, les pompes pour assurer le vide, etc, peuvent, être de construction plus simple et moins coûteuse. En même temps, à cause de la réalisation particulière du
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dispositif, les projections métalliques n'arrivent pas au contact du substrat.
L'invention sera à présent décrite en détail en faisant référence aux dessins annexés qui illustrent des exemples de réalisation. La figure 1 montre-dans ses principes-le dispositif d'évaporation sous vide proprement dit ; la figure 2 montre une installation de revêtement d'une bande par évaporation sous vide ; la figure 3 montre un tronçon de ligne industrielle de galvanisation équipé d'une installation de revêtement des deux faces d'une bande d'acier galvanisé.
Ces figures sont des représentations schématiques en coupe axiale sans échelle particulière, dans lesquelles on n'a reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Des éléments identiques ou analogues sont toujours désignés par les mêmes repères numériques.
La figure 1 montre le creuset d'évaporation (1) pourvu d'un dispositif de chauffage par induction (2) ; le bain de métal (3) est porté à très haute température et évaporé en direction de la fente de sortie (4) située à très courte distance de la bande d'acier (5) en défilement ; cette bande d'acier est supportée par des rouleaux non représentés sur la figure. Au-dessus du bain et en dessous de la fente de sortie des vapeurs se trouve un dispositif d'arrêt (6) des projections métalliques émanant du bain porté à haute température. Le creuset (1) est isolé thermiquement par une garniture réfractaire (7).
La figure 2 montre une installation d'évaporation sous vide pour le revêtement d'une face de la bande d'acier. On y distingue à nouveau le creuset (1) avec son isolation thermique (7), ainsi que le système de chauffage par induction (2). Le creuset est alimenté en métal liquide à partir d'un réservoir (8) relié au creuset ; ce réservoir est maintenu sous atmosphère d'azote pour éviter l'oxydation du métal ; de plus, le
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réglage de la pression d'azote permet de régler le niveau dans le creuset (1).
La bande (5) en cours de revêtement est supportée par des paires de rouleaux (9) et (10), disposés à l'entrée respectivement à la sortie de l'enceinte entourant l'appareil d'évaporation proprement dit et ces paires de rouleaux constituent des sas d'étanchéité séparant l'air extérieur et cette enceinte ; des paires de rouleaux pinceurs (11,12, 13 et 14) maintiennent la bande sur la trajectoire passant à proximité de la fente par où sortent les vapeurs de métal de revêtement.
L'enceinte entourant le dispositif d'évaporation sous vide peut être constituée, comme représenté sur la figure 2, de plusieurs sections : les sections (15) et (16) situées respectivement à l'entrée et à la sortie (dans le sens du défilement de la bande) sont sous atmosphère gazeuse de HNx, les sections (17) en aval et (18) en amont des sections respectivement d'entrée (15) et de sortie (16) sont également sous atmosphère gazeuse HNx, mais à une pression moins élevée que les sections (15) et (16).
Ces sections (17) et (18), contiguës de la section sous vide (19), constituent des sas d'étanchéité pour maintenir le vide dans la section (19) reliée aux pompes à vide (non représentées) ; comme il a été dit plus haut, ce vide n'est pas très poussé et l'atmosphère résiduelle est constituée d'hydrogène que l'on introduit dans cette section (19) de l'enceinte.
La figure 3 représente un tronçon de ligne de galvanisation équipé de deux dispositifs (20) et (21) conformes à l'invention et installés de façon à revêtir par évaporation sous vide les deux faces d'une bande d'acier galvanisée (5) circulant dans l'enceinte commune aux dispositifs d'évaporation. Les dispositifs en question sont disposés sur des parcours horizontaux de défilement de la bande d'acier ; pour des raisons de clarté de la figure, on n'a pas représenté les rouleaux supports qui servent de guides pour la circulation de la bande en face des fentes de sortie des vapeurs métalliques.
A titre d'exemple des possibilités du dispositif de l'invention, on décrira ci-après les paramètres d'une utilisation sur une ligne de galvanisation équipée d'un four de réchauffage de 75 t/h ; la ligne permet ainsi de traiter des bandes de 1850 mm de largeur à une vitesse d'environ 130 m/minute. Avec deux creusets d'une capacité maximum d'évaporation de
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49,3 kg/h par creuset et une vitesse maximum d'évaporation de 7,605 grammes par seconde et par mètre de largeur de bande, on a déposé sur chaque face de la bande une couche d'aluminium de 1,3 Am d'épaisseur ; les fentes avaient une largeur de 6 mm et leur distance par rapport à la bande était de 30 mm.
Le dispositif de l'invention permet de fabriquer un produit revêtu qui présente une résistance nettement accrue à la corrosion, ainsi qu'une très bonne adhérence du revêtement et une aptitude élevée à la mise en forme à la presse. De plus, les faibles coûts d'investissement et de fonctionnement de l'installation rendent ce produit particulièrement économique.