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Procédé pour le traitement de bandes métallique .
Cette invention concerne un procédé pour traiter une bande métallique et la surface du bain de pplacage à la vapeur de sodium, dans le placage de bandes de métaux ferreux avec de l'aluminium ou des alliages d'aluminium, par le procédé de trempage à chaud.
Un des procèdes de placage employé très généralement à l'heure actuelle est celui dans lequel on fait d'abord passer la bande de métal dans un four oxydant, pour brûler les haliez et autres substances carbonées couvrant la surface de celle-ci et pour former sur cette bande un film d'oxyde microscopiquement mince. On fait alors passer la bande dans un four de réduction, où emince film d'oxyde est réduit de façon à laisser les surtaxa de la bande absolument propres, état dans lequel elles sont particulièrement spates à recevoir le métal fondu de placage. La bande est ensuite conduite à travers une hotte, sous De protection d'une atmosphère neutre ou réductrice et sans traitement par un flur dans le bain de placage.
La hotte protectrice plonge dans
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la bain de placage, de sorte qu'à aucun moment la bande n'est exposée à l'atmosphère,
Quand le métal de placage est l'aluminium ou un alliage d'aluminium, on a rencontré des difficultés du fait que des dépota se forment à la surface du bain d'alu.- minium et se fixent sur la bande; ces dépota affectent défavorablement l'adhésion du métal de placage fondu. Ce problème a été reconnu et une solution à celui-ci a été di. vulguée et revendiquée dans le brevet américain n 2,437,919 accordé le 16 mars 1948 à K.
Oganowaki, Suivant les indication* d'Oganowski, il était prévu, à l'extrémité de la hotte plongeant dans le bain de placage, une cloche munie d'une cuvette annulaire entourant la bande et dans laquelle était introduit. du sodium métallique, Comme la cuvette était soumise à la chaleur du bain, le sodium métallique était donc fondu et vaporisé,
Oganoweki suggérait que diverses substances, telles que des nitrure., se formaient par interaction du bain avec l'azote de l'atmosphère protectrice d'ammoniac dissocie dans la hotte et qu'il pouvait également se présenter des oxydes et des hydrures, formés par l'interaction des diverses substances en présence avec la vapeur d'eau. 11 suggérait que cea nitrures,
oxydes et hydrures formaient le bain une scorie qui était entraînée dana celui-ci, sur la bande, ce qui provoquait des défauts superficiels
Oanowaki croyait également qu'il était posai.. ble de former sur la surface du bain une couverture pulvéru- lente qui n'adhérerait pas à la bande, empêcherait, dans une large mesure, l'interaction du bain et des constituante de l'atmosphère et, en tout cas, rendrait la bande non adhésive par rapport à ces nitrurea, oxydes et éléments similaires qui pourraient se former.
Oganowaki enseignait que l'on
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pourrait former sur la surface d'un butin d'aluminium une couche consistant principalement en aluminute de sodium pulvérulent, en introduisant des Vapeurs de sodium Sans la hotte, près de la surface de l'aluminium fondu.
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La formation de vapeur de sodium dans la boutta, grâce à la chaleur du bain, compote certains inconve* nient8, due à ce que la température de fusion et due vapori- sation est approximativement celle du bain de placage qui est maintenue relativement constante. Par conséquent la
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vapeur de sodiuoi est seulement engeno1:'ée h une vLtecse constat te. Si l'on essaye d'ajouter du sodium métullîqie plus rapi- dement, le sodium liquide a tendance à éclabousser directe- ment la bande et. ceci également provoque des défauts dans
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le placage.
Si on se rappelle en outre que la batte cQrt1'nt ;le l'hydrogène ou de l'af-unoniac, on comprendra que le aodium réagit rapidement avec l'hydrogène pour former un hydrure de sodium et que, par conséquent, la sodium sa trouvant dane la cuvette est rapidement converti en un produit iriac4i:t, de sorte la perte de sodium est importantes Oganowski suggérait que les vapeurs Ci* sodium pouvaient être engendrées ailleurs et introduites dans la
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hotte, mais indiquait que ceci était difficile, sinon ImposBible, en raison de la dilution des Vl\peU1'S da sodium par 1 atmosphère protectrice et du fait de la vraisemblance d'un* turbulence à l'intérieur de la hotte.
Compte tenu des considérations qui précèdent c'est un but de la présente invention de fournir un procède
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de traitement d'une bande, qui doit ttxu plaquée d'ulur.1in1u# ou d'un alliage d'aluminium, avec de .la vapeur de sodium formée à l'extérieur de la hotte et amenée dans celle-ci au moyen d'un gazporteur, C' est un autre but de l'invention de prévoir un contrôle de 1' addition de vapeur de sodium et
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d'assurer une plus grande uniformité dans le régime d'addi- tion de ces vapeurs.
C'est encore un but de l'invention d'éliminer le danger d'éclaboussures de sodium, en enlevant le sodium solide et liquide du voisinage immédiat de la bande en cours de placage..
Ces buts de l'invention ainsi que d'autres apparaîtront à toute personne versée dans le métier et sont réalisas par ce procédé dont un exemple de mise en oeuvre sera maintenant décrit,
On se reportera maintenant aux dessins faisant partie de cette spécification et qui illustrent plus ou moins schématiquement un appareil au moyen duquel le procédé peut être mis en oeuvre,
Dans les dessins : - La figure 1 est une vue schématique d'un vaporisateur et d'un bain de placage, montrent la relation entre les deux.
- La figure 2 est une section transversale à travers un exemple de vaporisateur et - La figure 3 est une coupe transversale partielle, suivant la ligne 3 - 3 de la figure 1.
En bref, dans la mise en pratique de l'inven- tion, il est prévu un bac de placage, qui peut être d'un type classique, avec une hotte traditionnelle plongeant dans le métal de placage fondu et constituant un passage protecteur pour la bande,depuis le four de réduction jusqu'au bain de placage, Il est prévu un vaporisateur, avec des dispositifs pour chauffer la chambre de vaporisation et des moyens pour lui amener le sodium métallique. On fait passer un. gaz porteur à travers l'appareil, de façon à entraîner le sodium vaporisé et il est prévu un conduit pour amener le gaz porteur et.la vapeur de sodium entraînée du vaporisateur
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à la hotte.
En se reportant, de façon plus détaillée, aux drains, on voit que le bain de placage est généraient
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désigné par 10 et contient une maU'8 11 de métal de pi.cage fondu. Mans le bain, eut monté le cylindre habituel M, autour duquel passe la bande 13. La hotte 1..' 'tend depuis la sortie du four de réduction Jusque dent le bain 11 et il est prévu des dispositifs (non reprèneutie) pour amener dans la hotte une atmosphère protectrice, qui est
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habituellement de 1 ammoniac dissocié.
On comprendra qu ia bande en passant dans la hotte 14 c été pré- traitée, a manière à gtre absolument propre et elle peaue ensuite dans le bain de placage autour du cylindre 12, puis sort du bain et est abandonnée au refroidissement.,
Dans la figure 1, un vaporisateur est in- diqué généralement par 15. Un gaz porteur est amené dans celui-ci, par un conduit 16, depuis une source appropriée (non représentée) et le gaz porteur, avec la vapeur de sodium qu'il entraîne, passe, par un conduit 17, du vaporisateur
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15 à. la hotte 14.
Le sodium mz-tailique est introduit dans le vaporisateur par le tuyau 18, quel est équipé d'une pgir# de yalves à simple effet, s'ouvrant lurgement, lez et 3.'8bs Il est possible, eu moyen de ces valves, d'introduire le sodium dans le vaporisateur sans y aspirer de l'air.
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En se reportant maintenant a " - figure 1, on voit que le vaporisateur est constitué 1-<.\1" une enceinte 20, communiquant avec le tuyau 18 ainsi qu'avec lee conduits 16 et 17. Ces éléments chauffants électriques, in- diqués schématiquement en 21, sont prévus pour chauffer
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l'enceinte 30 de façon que le 80di\A1I.1 métallique introduit par le tuyau 18 fonde et forme un bin de sodium fondu 1.8. Sous l'influence de la chaleur fournie par les élément. chaux-
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tante électriques 21, le eodiun liquide se Vaporise et le restant de l'enceinte 20 est rempli de vapeur de sodium, comme indiqua en 23.
Il est prévu une chicane 24, pour amener le gaz porteur entrant par le conduit 36 à découler vers le bas, autour de la chicane, de manière à entraîner le sodium vaporisé. Le gaz porteur,avec la vapeur de sodium qu'il entraîne, passe ensuite dans le conduit 17 qui peut être chauffé au moyen d'éléments chauffante 17c et/ou Calo- rifuge cousue en 17d, pour empêcher la condensation de la vapeur avant qu'elle atteigne la hotte,
L'enceinte 20 est enfermée dans un contaipar isolant 25, de façon à réduire au minimisa la perte de Chaleur et à économiser le chauffage.
Comme .le montra la figure 3, à l'endroit où une bande est plaquée, le conduit 17 est muni de deux dérivations 17a et 17b, pénétrant de préférence par lois cotée opposés de la hotte et disposées près de la surface du bain de placage, suivant un angle d'incidence réduit par rapport à la bande, de manière à faire passer la vapeur de sodium en travers de la surface du bain et de la bande avec un minimum de turbulence, afin d'atteindre les résultats exposés ci-dessus,
Un aspect très important de la présente invention est celui du gaz porteur utilisé, On pourrait croire que cossue la hotte contient de l'ammoniac dissocié il serait désirable d'employer le même gaz comme porteur pour la vapeur de sodium.
IIn'en est toutefois pas ainsi, car l'emploi d'ammoniac dissocié aurait pour résultat la formetion d'hydrure de sodium qui aurait tendance à obstruer le conduit 17.
Suivant la présente invention, le gaz porteur utilisé est l'azote, qui est complètement inerte par
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rapport au sodium et qui offre 1'avantage d'être plus lourd
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que l'hydrogène, de sorte que l'hydrogène présent danà X1 atmosphère d'auazow.ac dissocié dans la hotte est déplacé vers le haut par le gaz porteur plus lourd.
C'est ainsi que si une petite quantité d'hydrure peut se- former elle sera négligeable.
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r:!iintent!!1t
On comprendra/que l'uniformité de 1' addition de vapeur de sodium peut être contrôlée avec beaucoup de précision, pur un réglage de la chaleur de vaporisation appliquée par les éléments chauffants 21, par la fréquence
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Ce l'addition du sodium métallique et par la vitesse (4.94cou. lement du gaz porteur.
Sans que ceci constitue une limitation, amis
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titre d'exemple seulement, la procédure exposée Ci-,jS8û8 a été mise en pratique if une tempéra-cure ca:.opx=3ss entre 535 et 5950 C, avec un écoulement d'azote de 4275 litres par heure. On comprendra que la température dait être suffisante pour chauffer le gaz porteur, aussi sien que pour assurer la fusion et la vaporisation du sodium. Quand on emploie un grand volume de gaz porteur, il est conseillé de pré-
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chauffer celui-ci en avant de la -chambre de va.,>ori8ution du sodium, au moyen d'éléments Chauffar'ta 16e, par exemple.
Il est gaiement évident qu'en enlevant la source de vapeur de sodium de la hotte et en faiaant passer
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la bande dans celle-ci, le problème des 4cltouauls de sodium a été entièrement, éliminé. ,[,'t;1'.I..ùoi dleeote comme gaz porteur a élimina l'obstruction des lins par lesquelles la vapeur do sodium nus4e dans la lotte et J.'acrau2stiatx de métal lige 16 ou de iroauita de réuetiou à h....u1. point de fusion à l'intérieur de la hotte a .t';; fortement réduite.
L'élimination de la cuvette à soadiua du brevet O!.\11OWS..1 permet un meilleur transfert de la chaleur'du baia d'alumi-
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nium à l'extérieur de la hotte, par le métal de celle-ci, de façon à empêcher la solidification du métal de placage à l'intérieur de la hotte. Le métal de placage se refroidit parfois au contact de la bande froide ou peut avoir un point de fusion plus élevé en raison de sa contamination par le fer.
Bien qu'on ait décrit ci-dessus l'emploi d'azote, on comprendra que l'on peut utiliser également d'autres gaz, inertes par rapport au sodium et suffisaient lourds pour déplacer 1'hydrogène. L'azote est ai parfaitement adapté à cette fonction, si abondant et si peu coûteux qu'il constitue le porteur par excellence.
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- R E V E iT D ï, .i .' i 0 RI , .. m..m..e ,..... . i. w.m..n.r . w sw .v .n .r ws 1.- Procédé de placage d'un objet en métal ferreux, au moyen d'un métal de placage fondu, d'une classe constituée par l'aluminium et ses alliages, ou l'on fait passer l'article en métal dans un bain de métal de placage fondu à travers une hotte dans laquelle on maintienune atmosphère protectrice, essentiellement non-oxydante via à via des métaux ferreux, Caractérisé en ce qu'il est produit, à l'extérieur de la hotte, de la vapeur .le sodium, en ce qu'on la transfère au moyen d' un courant de gaz porteur, constitué par de l'azote, dans la hotte, à proximité de la surface de métal de placage fondu, afin de soumettre la surface de ce dernier,
ainsi que lessurfacesde l'article en métal en cours de placage, à l'action de cette vapeur de sodium.
2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère protectrice maintenue
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dans la hotte est constituée par de l'a.,=oniag dissocié.
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Process for the treatment of metal strips.
This invention relates to a method for treating a metal strip and the surface of the plating bath with sodium vapor, in the plating of ferrous metal strips with aluminum or aluminum alloys, by the hot dipping process. .
One of the plating processes used very generally at the present time is that in which the strip of metal is first passed through an oxidizing furnace, to burn off haliez and other carbonaceous substances covering the surface thereof and to form on this strip a microscopically thin oxide film. The strip is then passed through a reduction furnace, where the thin oxide film is reduced so as to leave the surcharges on the strip absolutely clean, a state in which they are particularly suitable for receiving the molten plating metal. The strip is then conducted through a hood, under protection of a neutral or reducing atmosphere and without flur treatment in the plating bath.
The protective hood plunges into
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the plating bath, so that at no time is the strip exposed to the atmosphere,
When the plating metal is aluminum or an aluminum alloy, difficulties have been encountered because deposits form on the surface of the aluminum bath and attach to the strip; these deposits adversely affect the adhesion of the molten plating metal. This problem has been recognized and a solution to it has been found. vulgarized and claimed in U.S. Patent No. 2,437,919 granted March 16, 1948 to K.
Oganowaki, Following Oganowski's instructions *, at the end of the hood plunging into the plating bath, a bell provided with an annular bowl surrounding the band and into which was introduced was provided. metallic sodium, As the cuvette was subjected to the heat of the bath, the metallic sodium was therefore melted and vaporized,
Oganoweki suggested that various substances, such as nitrides, were formed by interaction of the bath with nitrogen from the protective ammonia atmosphere dissociated in the hood and that there could also be oxides and hydrides, formed by the interaction of the various substances present with water vapor. 11 suggested that these nitrides,
oxides and hydrides formed the slag bath which was entrained in it, on the belt, which caused surface defects
Oanowaki also believed that it was possible to form a powdery covering on the surface of the bath which would not adhere to the tape, to a large extent prevent the interaction of the bath and the constituents of the water. atmosphere and, in any case, would make the tape non-sticky with respect to such nitrides, oxides and the like that might form.
Oganowaki taught that one
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could form on the surface of an aluminum booty a layer consisting mainly of powdered sodium aluminute, by introducing sodium vapors without the hood, near the surface of the molten aluminum.
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The formation of sodium vapor in the boutta, due to the heat of the bath, has some drawbacks due to the fact that the melting and vaporization temperature is approximately that of the plating bath which is kept relatively constant. Therefore the
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sodium vapor is only generated by a rapid observation. If one attempts to add metullic sodium more quickly, the liquid sodium tends to splash directly onto the strip and. this also causes faults in
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plating.
If we further remember that the bat cQrt1'nt; the hydrogen or a-unoniac, we will understand that aodium reacts rapidly with hydrogen to form sodium hydride and that, therefore, sodium its found in the cuvette is quickly converted to an iriac4i: t product, so the loss of sodium is significant Oganowski suggested that the Ci * sodium vapors could be generated elsewhere and introduced into the
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hood, but indicated that this was difficult, if not impossible, because of the dilution of the sodium Vl \ peU1'S by 1 protective atmosphere and because of the likelihood of turbulence inside the hood.
In view of the foregoing considerations, it is an object of the present invention to provide a method
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treatment of a strip, which must be plated with ulur.1in1u # or an aluminum alloy, with sodium vapor formed outside the hood and fed into it by means of A gas carrier, It is another object of the invention to provide control of the addition of sodium vapor and
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to ensure greater uniformity in the addition regime of these vapors.
It is still an object of the invention to eliminate the danger of sodium splashing, by removing solid and liquid sodium from the immediate vicinity of the strip being plating.
These objects of the invention and others will appear to any person skilled in the art and are achieved by this method, an example of which will now be described,
Reference will now be made to the drawings forming part of this specification and which illustrate more or less schematically an apparatus by means of which the method can be carried out,
In the drawings: - Figure 1 is a schematic view of a vaporizer and a plating bath, showing the relationship between the two.
- Figure 2 is a cross section through an exemplary vaporizer and - Figure 3 is a partial cross section, taken along the line 3-3 of Figure 1.
Briefly, in the practice of the invention, there is provided a plating tank, which may be of a conventional type, with a traditional hood dipping into the molten plating metal and providing a protective passage for the plating. strip, from the reduction furnace to the plating bath, a vaporizer is provided, with devices for heating the vaporization chamber and means for supplying it with metallic sodium. We pass a. carrier gas through the apparatus, so as to entrain the vaporized sodium and a conduit is provided for supplying the carrier gas and the sodium vapor entrained from the vaporizer
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in the hood.
Referring, in more detail, to the drains, we see that the plating bath is
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denoted by 10 and contains a maU'8 11 of molten pi.cage metal. In the bath, the usual cylinder M had been mounted, around which the band 13 passes. The hood 1 .. '' extends from the outlet of the reduction furnace up to the bath 11 and devices are provided (not taken again) to bring in the hood a protective atmosphere, which is
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usually 1 dissociated ammonia.
It will be understood that the strip passing through the hood 14 has been pretreated, so as to be absolutely clean and it then coats in the plating bath around the cylinder 12, then leaves the bath and is left to cool.
In Fig. 1, a vaporizer is generally indicated by 15. A carrier gas is fed into it, through a conduit 16, from a suitable source (not shown) and the carrier gas, with the sodium vapor which is supplied to it. it drives, passes, through a conduit 17, the vaporizer
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15 to. the hood 14.
The sodium sodium is introduced into the vaporizer through pipe 18, which is equipped with a single-acting valve, opening long, lez and 3.'8bs It is possible, by means of these valves, introduce sodium into the vaporizer without sucking in air.
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Referring now to "- Figure 1, it can be seen that the vaporizer is constituted 1 - <. \ 1" an enclosure 20, communicating with the pipe 18 as well as with the conduits 16 and 17. These electric heating elements, included shown schematically at 21, are designed to heat
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the enclosure 30 so that the metallic 80di \ A1I.1 introduced through pipe 18 melts and forms a bin of molten sodium 1.8. Under the influence of the heat supplied by the elements. lime-
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aunt 21, the liquid eodiun vaporizes and the remainder of the enclosure 20 is filled with sodium vapor, as indicated in 23.
A baffle 24 is provided, to cause the carrier gas entering through the conduit 36 to flow downwards, around the baffle, so as to entrain the vaporized sodium. The carrier gas, with the sodium vapor which it entrains, then passes into the duct 17 which can be heated by means of heating elements 17c and / or Heat insulator sewn in 17d, to prevent condensation of the vapor before 'she reaches for the hood,
The enclosure 20 is enclosed in an insulating container 25, so as to minimize heat loss and save heating.
As shown in Figure 3, where a strip is pressed, the duct 17 is provided with two branches 17a and 17b, preferably penetrating by laws opposite side of the hood and arranged near the surface of the plating bath. , at a reduced angle of incidence with respect to the strip, so as to cause the sodium vapor to pass across the surface of the bath and the strip with a minimum of turbulence, in order to achieve the results set out above ,
A very important aspect of the present invention is that of the carrier gas used. One might think that if the hood contains dissociated ammonia it would be desirable to employ the same gas as a carrier for the sodium vapor.
This is not the case, however, as the use of dissociated ammonia would result in the formation of sodium hydride which would tend to obstruct line 17.
According to the present invention, the carrier gas used is nitrogen, which is completely inert by
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compared to sodium and which offers the advantage of being heavier
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than hydrogen, so that the hydrogen present in X1 atmosphere of auazow.ac dissociated in the hood is displaced upwards by the heavier carrier gas.
Thus if a small amount of hydride can be formed it will be negligible.
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It will be appreciated that the uniformity of the addition of sodium vapor can be controlled with great precision, by adjusting the heat of vaporization applied by the heating elements 21, by the frequency.
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This is the addition of metallic sodium and the velocity (4.94cou. Lement of the carrier gas.
Without this being a limitation, friends
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By way of example only, the procedure set forth in C 1 -S808 has been practiced at a temperature cure of ca: .opx = 3ss between 535 and 5950 C, with a nitrogen flow of 4275 liters per hour. It will be understood that the temperature must be sufficient to heat the carrier gas, as well as to ensure the melting and vaporization of the sodium. When using a large volume of carrier gas, it is advisable to
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heat the latter in front of the -chambre de va.,> ori8ution of sodium, by means of heating elements 16th, for example.
It is cheerfully obvious that by removing the source of sodium vapor from the hood and passing
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the band in it, the problem of sodium 4cltouauls has been entirely eliminated. , [, 't; 1'.I..ùoi dleeote as the carrier gas removed the obstruction of the lines by which the naked sodium vapor in the burbot and the metal lige 16 or iroauita de réuetiou at h .... u1. melting point inside the hood a .t ';; greatly reduced.
The elimination of the soadiua bowl of O!. \ 11OWS..1 allows for better heat transfer from the aluminum baia.
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nium outside the hood, by the metal thereof, so as to prevent solidification of the plating metal inside the hood. The plating metal sometimes cools on contact with the cold strip or may have a higher melting point due to its iron contamination.
Although the use of nitrogen has been described above, it will be understood that other gases which are inert with respect to sodium and heavy enough to displace hydrogen can also be used. Nitrogen is perfectly suited to this function, so abundant and so inexpensive that it constitutes the carrier par excellence.
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- R E V E iT D ï, .i. ' i 0 RI, .. m..m..e, ...... i. w.m..n.r. w sw .v .n .r ws 1.- A method of plating a ferrous metal object, by means of a molten plating metal, of a class consisting of aluminum and its alloys, or one passes the metal article through a bath of molten plating metal through a hood in which a protective, essentially non-oxidizing atmosphere is maintained via ferrous metals, characterized in that it is produced externally from the hood, sodium vapor, in that it is transferred by means of a stream of carrier gas, consisting of nitrogen, into the hood, near the surface of molten plating metal, in order to submit the surface of the latter,
as well as the surfaces of the metal article being plating, to the action of this sodium vapor.
2.- A method according to claim 1, characterized in that the protective atmosphere maintained
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in the hood is constituted by a., = oniag dissociated.