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Dispositif de revêtement d'une bande d'acier galvanisée.
La présente invention concerne un dispositif pour fabriquer des bandes d'acier revêtues possédant une excellente résistance à la corrosion et à l'oxydation, ainsi que des bonnes emboutissabilité et soudabilité.
Le dispositif suivant l'invention est particulièrement indiqué 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 en continu de bandes d'acier galvanisées, mais il ne s'agit là que d'un exemple d'application, 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 soudage et à la peinture. Cette technique ne s'avère intéressante que
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pour des revêtements de zinc de faible épaisseur, c'est-à-dire inférieure à 10 Am environ ; au-delà de cette valeur il se produit un poudrage excessif à l'emboutissage.
Enfin, il est connu également 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 d'un dépôt complémentaire par évaporation sous vide, telle que décrite dans la demande de brevet belge ne 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 gm, 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.
En vue de réaliser ce revêtement complémentaire, on a déjà proposé 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 mètre de largeur de la bande à revêtir, et. il convient d'avoir un dispositif à haute efficacité de dépôt, avec un minimum de
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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 de mise en oeuvre 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 sous 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.
On a aussi déjà proposé d'utiliser une cuve d'évaporation sous vide chauffée par induction et dont 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. Un tel évaporateur rencontre 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.
Une telle cuve d'évaporation permet le revêtement d'une face de la tôle d'acier en défilement ; dans un mode de réalisation d'une ligne de galvanisation, on a dès lors proposé d'utiliser deux cuves assurant le revêtement successivement des deux faces de la bande. Etant donné leur situation chacune dans un tronçon horizontal de défilement du produit à revêtir et en raison de la boucle nécessaire au retournement de la bande, les deux cuves ainsi installées nécessitent une longueur de ligne et un nombre de rouleaux déflecteurs qui ne sont pas négligeables.
La présente invention a pour objet un dispositif de revêtement des deux faces d'une bande d'acier galvanisée qui ne présente pas cet inconvénient.
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Le dispositif conforme à l'invention, constitué de deux cuves d'évaporation sous vide chauffées par induction et dont les orifices de sortie des vapeurs se présentent chacun sous la forme d'une fente de petite largeur située à courte distance d'une face du substrat, est caractérisé en ce que les deux cuves sont disposées de part et d'autre de la bande d'acier en défilement et en ce que les deux fentes servant à la sortie des vapeurs sont disposées l'une en face de l'autre, de façon à être séparées par la bande en défilement.
Dans une réalisation avantageuse du dispositif de l'invention, les deux cuves sont disposées face à face dans un tronçon vertical de la ligne de galvanisation et les sorties de vapeurs se font suivant une trajectoire sensiblement horizontale.
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 double dispositif d'évaporation sous vide proprement dit ; la figure 2 montre un tronçon de ligne industrielle de galvanisation équipé d'un dispositif de revêtement des deux faces d'une bande d'acier galvanisé, conforme à l'invention.
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 les deux creusets d'évaporation (1) et (1') pourvus de dispositifs de chauffage par induction (2) et (2') ; les bains de métal (3) et (3') sont portés à très haute température et évaporés en direction des fentes de sortie (4) et (4') qui se sont face et qui sont situées de part et d'autre et à très courte distance de la bande d'acier (5) en défilement ; cette bande d'acier est guidée par des rouleaux non représentés sur la figure. Les creusets sont isolés thermiquement à l'aide de garnitures réfractaires (6) (6').
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La figure 2 montre un tronçon de la ligne de galvanisation équipé d'un dispositif d'évaporation sous vide pour le revêtement des deux faces de la bande d'acier. Les creusets (1) et (1') sont disposés dans une partie verticale du trajet de la bande (5).
La bande (5) en cours de revêtement est guidée par des paires de rouleaux respectivement d'entrée (7) et de sortie (8), ainsi que de paires de rouleaux pinceurs (9,10, 11,12) maintenant la bande sur la trajectoire à proximité des fentes de sortie des vapeurs de métal de revêtement. Les paires de rouleaux (7) et (8) disposés à l'entrée respectivement à la sortie de l'enceinte constituent des sas d'étanchéité isolant l'enceinte entourant l'appareil d'évaporation proprement dit de l'atmosphère gazeuse du reste de la ligne, par exemple constituée de HNx ; la partie centrale (13) de l'enceinte en question est 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 de l'enceinte.
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Device for coating a strip of galvanized steel.
The present invention relates to a device for manufacturing coated steel strips having excellent resistance to corrosion and oxidation, as well as good drawability and weldability.
The device according to the invention is particularly indicated for the mass production of relatively inexpensive products, particularly with a view to their use in construction, the automobile industry and domestic applications.
In the following description of the invention, we will deal more particularly with the use of the device for the continuous manufacture of galvanized steel strips, but this is only an example of application, without any restrictive.
The beneficial effect of zinc has long been known for the protection of steel strips against corrosion, in particular atmospheric corrosion. There are many methods for continuously depositing a zinc coating on a strip running through a bath of molten zinc; coatings obtained in this way generally provide satisfactory protection.
The duration of protection offered by a zinc coating depends largely on the thickness of this coating. It is possible to increase the duration of protection, that is to say in fact the corrosion resistance of the coated strip, by increasing the thickness of the coating. In addition to various technical difficulties, this solution leads to a serious increase in the price of the coated tape.
The so-called "galvannealing" technique is also known, which consists of hot diffusion of the iron from the strip into the zinc layer, in order to improve the corrosion resistance. The composition of the iron-zinc alloy layer thus obtained conditions various other properties of the coated strip, in particular its aptitude for stamping, welding and painting. This technique is only interesting
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for thin zinc coatings, that is to say less than about 10 Am; beyond this value, excessive dusting occurs when stamping.
Finally, it is also known to deposit a complementary metal coating on a steel strip coated with a layer of zinc, in particular an aluminum coating, to increase the corrosion resistance of the coated product.
The present invention relates to the technique of a complementary deposition by vacuum evaporation, as described in Belgian patent application no 09400086 of January 25, 1994, on a galvanized strip, the term galvanized also encompassing strips having underwent galvannealing treatment. The process in question makes it possible to deposit an additional coating having a controlled thickness.
The additional metallic coating deposited on the strip by vacuum evaporation consists for example of aluminum and its thickness is less than 5 gm, and preferably 2 Am.
It should be noted that the additional coating phase by vacuum evaporation can be inserted in a production line for strips coated continuously by immersion; in this case the investment cost, either of the transformation which concerns only a particular section of the line, or of the treatment station at the outlet of the immersion bath, is relatively limited.
In order to produce this additional coating, a specific device for vacuum evaporation has already been proposed comprising an induction heating oven. The technique of vacuum evaporation using a crucible heated by induction is indeed the technical solution which has been chosen to take into account the basic requirements for the manufacture of products.
To work in economic conditions and to give interesting technical results, it is indeed important to have a high rate of evaporation, up to 5 to 8 grams per second and per meter of width of the strip to be coated, and . a high-efficiency deposition device should be used, with a minimum of
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95% to reduce the cost of evaporated metal and stops for cleaning the installation; on the other hand it is imperative, since it is mass production, to have peripheral equipment, such as airlocks, pumps, etc., of low cost, at the same time as efforts are made to reduce the costs of implementation and for example the driving force necessary for creating a vacuum in the coating installation;
to do this, the vacuum deposition must be carried out as little as possible.
These conditions of high evaporation rate, which depend on the temperature which can be reached and the heating power, are found particularly in induction heaters.
It has also already been proposed to use a vacuum evaporation tank heated by induction and whose vapor outlet orifice is in the form of a slit of small width, located a short distance from the substrate to be coated. Such an evaporator meets the imperative condition of high efficiency thanks to the short distance between the outlet of the metal vapors and the substrate to be covered, which limits the losses of metal by evaporation around the device; thanks to this arrangement it is not necessary that the installation is in a high vacuum and consequently the accessories, such as airlocks, pumps for ensuring the vacuum, etc., can be of simpler construction and less expensive.
Such an evaporation tank allows the coating of one face of the moving sheet steel; in one embodiment of a galvanizing line, it has therefore been proposed to use two tanks ensuring the coating successively of the two faces of the strip. Given their situation each in a horizontal section of travel of the product to be coated and because of the loop necessary for turning the strip, the two tanks thus installed require a length of line and a number of deflector rollers which are not negligible.
The present invention relates to a device for coating the two faces of a galvanized steel strip which does not have this drawback.
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The device according to the invention, consisting of two vacuum evaporation tanks heated by induction and whose vapor outlet orifices are each in the form of a narrow slot located a short distance from one side of the substrate, is characterized in that the two tanks are arranged on either side of the moving steel strip and in that the two slots serving for the outlet of the vapors are arranged one opposite the other , so as to be separated by the moving strip.
In an advantageous embodiment of the device of the invention, the two tanks are arranged face to face in a vertical section of the galvanizing line and the vapor exits are made along a substantially horizontal trajectory.
The invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings which illustrate exemplary embodiments. Figure 1 shows - in principle - the double vacuum evaporation device itself; FIG. 2 shows a section of an industrial galvanizing line equipped with a device for coating the two faces of a strip of galvanized steel, in accordance with the invention.
These figures are schematic representations in axial section without any particular scale, in which only the elements necessary for understanding the invention have been reproduced. Identical or analogous elements are always designated by the same reference numerals.
Figure 1 shows the two evaporation crucibles (1) and (1 ') provided with induction heating devices (2) and (2'); the metal baths (3) and (3 ') are brought to very high temperature and evaporated in the direction of the outlet slots (4) and (4') which face each other and which are located on either side and at very short distance from the moving steel strip (5); this steel strip is guided by rollers not shown in the figure. The crucibles are thermally insulated using refractory linings (6) (6 ').
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Figure 2 shows a section of the galvanizing line equipped with a vacuum evaporation device for coating the two sides of the steel strip. The crucibles (1) and (1 ') are arranged in a vertical part of the path of the strip (5).
The strip (5) being coated is guided by pairs of input (7) and output (8) rollers respectively, as well as pairs of pinch rollers (9,10, 11,12) holding the strip on the trajectory near the exit slots of the coating metal vapors. The pairs of rollers (7) and (8) disposed at the inlet respectively at the outlet of the enclosure constitute airlocks isolating the enclosure surrounding the evaporation apparatus proper from the gaseous atmosphere from the rest the line, for example consisting of HNx; the central part (13) of the enclosure in question is connected to the vacuum pumps (not shown); as mentioned above, this vacuum is not very high and the residual atmosphere consists of hydrogen which is introduced into this section of the enclosure.