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Procédé et installation pour la fabrication d'un feuillard laminé à chaud enduit par voie électrolytique.
L'invention concerne un procédé et une installation pour la fabrication d'un feuillard laminé à chaud enduit par voie électrolytique.
Lors de la fabrication de produits d'acier, on applique fréquemment un revêtement sur le produit fini. Ce revêtement sert principalement à protéger le produit contre la corrosion. Ce but a été atteint dans une très large mesure par des revêtements comprenant du zinc ou des alliages à base de zinc ; toutefois, des revêtements à base d'étain ou de chrome sont également très importants dans le domaine des tôles d'emballage.
Pour l'enduction de feuillards d'acier en continu, deux procédés en particulier revêtent une importance essentielle : la galvanisation à chaud et la galvanisation électrolytique (enduction).
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Dans les deux cas, on met en oeuvre, à titre de matière de départ, un feuillard laminé à froid. Ce feuillard laminé à froid est laminé dans des laminoirs à froid à partir d'une matière brute plus épaisse, le feuillard laminé à chaud possédant une épaisseur spécifique de 1,5 à 5 mm pour obtenir l'épaisseur finale de 0,3 à 2 mm.
Avant de pouvoir laminer le feuillard laminé à chaud, la couche de calamine formée au cours du processus de laminage à chaud-une couche superficielle constituée par différents oxydes de fer, possédant une épaisseur spécifique de quelques (5 à 20) Mm-doit être éliminée.
La plupart du temps, cette élimination a lieu par dissolution de cette couche dans des acides minéraux, par exemple l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique. On désigne ce procédé par le terme"décapage"et on l'effectue dans des installations de décapage en discontinu ou en continu. Un mode de mise en oeuvre d'un procédé de ce type est décrit par exemple dans le document AT399. 517.
On tente de combiner des étapes opératoires individuelles dans la fabrication de feuillards en acier pour ainsi économiser les frais liés aux installations requises, respectivement pour augmenter également la qualité du produit. Par exemple, il est connu de l'état de la technique d'intégrer les processus de décapage et de laminage à froid décrits ci-dessus. Dans le brevet allemand DE-PS-19606305-Cl (au nom de Mannesmann), on décrit une nouvelle fois une possibilité de mettre en oeuvre le processus de laminage à chaud et le processus de décapage dans une seule et même installation.
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Dans le processus de laminage à froid décrit, on obtient un durcissement de la matière qui doit être une nouvelle fois contrecarré via un processus de recuit ultérieur. Ce processus de recuit est mis en oeuvre en discontinu dans des fours à cloches ou en continu dans des fours à circulation. Dans le cas de la galvanisation à chaud, les processus de recuit et d'enduction sont combinés dans une seule installation de traitement du feuillard en effectuant d'abord le processus de recuit, puis dans une étape ultérieure l'enduction du feuillard avec une couche de zinc en le plongeant dans une masse fondue de zinc.
Une autre possibilité de précipiter du zinc et d'autres métaux sur un feuillard en acier concerne des procédés électrolytiques. Dans ce cas-ci, on tire le feuillardla plupart du temps, un feuillard froid soumis à un recuit-à travers un bain qui contient des ions métalliques en solution. Le feuillard est relié, via des procédés appropriés, au pôle négatif d'un redresseur (la cathode), tandis que l'on monte des anodes métalliques face au feuillard, qui sont reliées au pôle positif du redresseur. En appliquant un courant électrique entre ces pôles, les ions métalliques précipitent sur le feuillard en acier, sous forme métallique.
Un procédé de ce type est décrit par exemple dans le document AT373.922. Un autre procédé, qui est particulièrement bien approprié pour précipiter des alliages à base de zinc sur des électrodes en chlorure étant donné que l'espace anodique est séparé de l'espace cathodique par un diaphragme, est décrit dans la demande de brevet européen EP-A-580730 (au nom de SIKEL).
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Ces dernières années, le procédé de fabrication pour des feuillards laminés à chaud s'est fortement développé et il est devenu possible de fabriquer des feuillards toujours plus minces directement par laminage à chaud.
En conséquence, il est possible de mettre en oeuvre ce feuillard laminé à chaud pour un grand nombre d'utilisations qui étaient jusqu'alors réservées aux feuillards laminés à froid. De ce fait, on est néanmoins également confronté à la nécessité d'appliquer la protection contre la corrosion déjà sur le feuillard laminé à chaud. Dans la demande de brevet japonais JP91258210, on propose par conséquent de décalaminer par voie sèche le feuillard laminé à chaud, puis de l'acheminer à un processus de galvanisation à température élevée.
Toutefois, ce procédé présente un certain nombre d'inconvénients, étant donné que ces procédés de décalamination par voie sèche sont coûteux et étant donné que la combinaison avantageuse pour des feuillards laminés à froid du processus de recuit et de galvanisation à chaud n'atteint plus son but, puisqu'il n'y a plus aucune nécessité à soumettre à un recuit le feuillard laminé à chaud.
En conséquence, l'invention est caractérisée en ce que le feuillard laminé à chaud est acheminé en continu à une section de décapage chimique et ensuite à une section d'enduction munie de cellules électrolytiques.
Un perfectionnement avantageux de l'invention se caractérise par le fait que l'on rince le feuillard entre le décapage et l'enduction électrolytique.
Une forme de réalisation avantageuse de l'invention est caractérisée par le fait que l'on utilise, à titre de milieu de décapage, de l'acide chlorhydrique et, à titre
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de milieu d'enduction, un électrolyte à base de chlorure ; à titre de milieu de décapage, on peut également utiliser de l'acide sulfurique et, à titre de milieu d'enduction, on peut également utiliser un électrolyte à base de sulfate.
Un perfectionnement avantageux de l'invention se caractérise par le fait qu'on met en oeuvre la solution ferrifère qui s'est formée lors du décapage, à titre de milieu d'enduction.
Une forme de réalisation avantageuse de l'invention se caractérise par le fait que l'on met en oeuvre la solution quittant les cellules, à titre de solution de décapage dans au moins une étape du décapage.
L'invention concerne également une installation pour la fabrication d'un feuillard laminé à chaud enduit par voie électrolytique. Elle se caractérise par le fait que l'on relie, dans une seule et même ligne, une section de décapage chimique à une section d'enduction munie de cellules électrolytiques, la section de décapage chimique et les cellules électrolytiques pouvant être séparées par un rinçage.
L'avantage qu'apporte le procédé de la présente invention réside dans le fait que l'on effectue les deux processus à des températures relativement basses de 50 à 90 C dans des solutions aqueuses. Ainsi, on élimine la nécessité de chauffer la masse totale du feuillard en acier à des températures de 300 à 500oC, ce qui a pour conséquence une économie considérable d'énergie. Dans le procédé de fabrication utilisé jusqu'à présent de feuillards en acier enduits par voie électrolytique, on a toujours besoin de soumettre le feuillard à des fins
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de prétraitement à un décapage bref dans de l'acide principalement pour garantir une bonne adhérence de la couche à la matière de base.
En outre, un dégraissage est requis dans la technologie habituelle, étant donné que les feuillards en acier sont huilés au cours de leur entreposage intermédiaire à des fins de protection contre la corrosion. Ces étapes opératoires peuvent également être abandonnées, étant donné que, dans le procédé selon l'invention, le décapage et l'enduction se suivent immédiatement en étant tout au plus séparés par une section de rinçage. Ainsi, on réalise une économie des produits chimiques et on diminue la charge d'eaux usées.
La solution de sulfate de fer, respectivement de chlorure de fer que l'on obtient lors du décapage peut être utilisée également en partie, dans le meilleur des cas après le déroulement d'un processus de nettoyage tel qu'il est décrit par exemple dans le document AT400.042, pour faire office de source de fer dans un électrolyte destiné à la précipitation d'un revêtement allié, par exemple d'un alliage de zinc-fer. Le procédé pour la mise en oeuvre d'enductions de ce type dans un électrolyte à base de chlorure est décrit par exemple dans le document AT397.663.
L'invention est maintenant décrite en se référant au dessin de la figure qui représente une installation selon l'invention.
On achemine un feuillard laminé à chaud non traité 1 à une section de décapage chimique 2 qui est constituée par exemple par deux bains de décapage 3,4. Lors de la sortie du feuillard, on achemine de l'acide frais 5 dans cette section de décapage 2. En l'occurrence, on représente le décapage avec un milieu de décapage ; toutefois, on peut également utiliser des acides
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différents dans les bains de décapage 3,4. L'acide consommé 6 est évacué lors de l'entrée du feuillard et est guidé dans une étape de purification de l'acide 7. Les déchets de décapage 8 peuvent être acheminés à une régénération d'acide pour pouvoir les rajouter par la suite à titre d'acide frais aux bains acides.
Après le décapage chimique 2, le feuillard est nettoyé dans une section de rinçage 9 pour éliminer l'acide qui y adhère et est acheminé immédiatement après à des cellules électrolytiques 10 à des fins d'enduction ; après quoi, le feuillard enduit 11 prêt à l'emploi quitte l'installation et peut par exemple être enroulé pour obtenir un rouleau.
L'alimentation en électrolyte 12 a lieu depuis un poste de dissolution 13 dans lequel l'électrolyte est préparé.
Trouve une utilisation à cet effet, la solution de sulfate de fer, respectivement de chlorure de fer 14 qui s'est formée lors du décapage, après son passage à travers l'étape de purification d'acide 7 et après l'addition complémentaire de zinc 15.
Exemple de forme de réalisation : Dans une installation pilote pour l'enduction électrolytique de feuillards métalliques, qui est constituée principalement par les agrégats ci-après : dévidage, dégraissage, décapage, cellules de galvanisation, rinçage, séchage, enroulement, on met en oeuvre des rouleaux constitués d'un mince feuillard laminé à chaud et calaminé, possédant une largeur de 300 mm et une épaisseur de 1 mm. On ne met pas en circuit la section de dégraissage.
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Essai 1 : On traite le feuillard laminé à chaud dans la section de décapage avec une solution d'acide sulfurique comprenant du H2S04 à 20% à une température de 90 C. Au terme de la section de décapage, on rince le feuillard brièvement avec de l'eau. Les cellules de galvanisation de structure verticale sont équipées d'anodes en titane insolubles enduites avec du IrO2. Dans les cellules, on trouve un électrolyte de sulfate de zinc possédant une valeur de pH de 1,5, ainsi qu'une température de 55 C.
Sur chacune des quatre anodes (respectivement deux anodes pour le côté supérieur, respectivement inférieur du feuillard) on applique respectivement 3000 ampères.
A une vitesse de défilement du feuillard de 30 m/min, on applique une couche de zinc d'environ 2 jam. Après les cellules, on rince le feuillard avec de l'eau, puis on le sèche. Le produit présente une surface uniforme d'un brillant argenté.
Dans les essais ci-après, on constate une bonne adhérence de la couche sur la surface.
Essai 2 :
Dans cet essai, on soumet le feuillard à un décapage avec de l'acide chlorhydrique à une concentration de 16% et à une température de 80 C. On introduit le feuillard en l'absence d'un rinçage intermédiaire dans les cellules de galvanisation.
Celles-ci sont équipées d'anodes solubles en zinc sous la forme de bandes. L'électrolyte est un électrolyte de chlorure de zinc possédant une valeur de pH égale à 3.
Malgré une teneur en fer d'environ 5 g/l, une couche de
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zinc pure précipite. La surface est encore plus claire que celle que l'on obtient lors d'une enduction à partir de l'électrolyte à base de sulfate. L'adhérence de la couche est évaluée comme étant très bonne. Des essais métallographiques indiquent également que le processus de décapage s'est déroulé de manière tout à fait complète, des résidus de calamine ne pouvant être détectés.
Essai 3 :
Dans cet essai, on pompe la solution provenant de la section de décapage, entraînée avec de l'acide chlorhydrique et qui présente la composition ci-après : 100 g/l de Fe, 60 g/l de HCl, teneur totale en chlorure 190 g/l, via un poste de dissolution dans lequel se trouve des grenailles de zinc.
Après le processus de dissolution, le reste de l'acide chlorhydrique est consommé par la dissolution du zinc.
La solution présente l'analyse ci-après : Fe : 100 g/l, Zn : 50 g/l, chlorure : 190 g/l. On met en oeuvre cette solution à titre d'électrolyte dans la section de galvanisation. On équipe les cellules avec des anodes insolubles et avec un diaphragme. On applique un courant et on précipite alors une couche de zinc-fer sur le feuillard. L'analyse de la teneur de la couche en fer fournit des valeurs entre 11 et 13%. Lors de la poursuite de l'essai, on guide la solution à partir de la cellule de galvanisation dans la section de décapage. On peut voir que l'acide libre qui s'est formé dans la section de galvanisation peut être utilisé dans la section de décapage pour dissoudre la calamine.