EP0834591B1 - Dispositif et procédé de revêtement de tôles d'acier par immersion - Google Patents

Dispositif et procédé de revêtement de tôles d'acier par immersion Download PDF

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EP0834591B1
EP0834591B1 EP97870147A EP97870147A EP0834591B1 EP 0834591 B1 EP0834591 B1 EP 0834591B1 EP 97870147 A EP97870147 A EP 97870147A EP 97870147 A EP97870147 A EP 97870147A EP 0834591 B1 EP0834591 B1 EP 0834591B1
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ArcelorMittal Liege Upstream SA
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Cockerill Sambre SA
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0038—Apparatus characterised by the pre-treatment chambers located immediately upstream of the bath or occurring locally before the dipping process
    • C23C2/004—Snouts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/50—Controlling or regulating the coating processes
    • C23C2/52—Controlling or regulating the coating processes with means for measuring or sensing
    • C23C2/522—Temperature of the bath

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method using this device for the purpose of coating of steel sheets by immersion in a liquid metal according to which the sheets pass through, so continues, an annealing oven and descend into the bath liquid metal through a metallic sheath extending between the oven and the bath and whose lower end plunges into the bath.
  • intermetals in question have a size ranging from 2 to 50 microns and are made up of iron and alloy metals. These are in particular the delta phase (FeZn) and Fe 2 Al 5-x Zn x in galvanization, Fe 5 Al 20 Si 2 in aluzinc, Fe 2 Al 9 Si 2 in an aluminized galvanization bath with silicon and FeAl 3 in Galfan®.
  • delta phase FeZn
  • Fe 2 Al 5-x Zn x in galvanization Fe 5 Al 20 Si 2 in aluzinc
  • Fe 2 Al 9 Si 2 in an aluminized galvanization bath with silicon and FeAl 3 in Galfan®.
  • the required heating power is important, as well as the electrical consumption.
  • the object of the present invention is to provide a new method and device for reducing substantially the formation of the aforementioned defects.
  • the device proposed by the invention is that of claim 1 appended. Claims 2, 3 and 4 describe preferred embodiments of this device.
  • the invention also relates to a method comprising the use of such devices, according to claims 5 and 6 appended.
  • the invention is based on observations and measures relating to the formation of these faults and essentially consists in eliminating parameters and conditions favorable to the formation of defaults.
  • the sheath Under normal industrial conditions, the sheath is subject to variations in thermal regimes as a result of inevitable variations in the level of bath surface, either by waves or by adding fresh metal (liquid or solid).
  • the line of anchorage When, the line of anchorage is displaced, for example following a rise in the bath level, the temperature profile at this point is amended. In particular, cooler areas can be brought back to bath temperature. He was noticed that these conditions are favorable for dropping out of previously crystallized particles.
  • the mechanism exact chemical is not known but could, for example, result from a partial solution or a transformation of the chemical composition. If, moreover, the particle thus detached is of lower density than the bath, it floats and can be attracted, trained and fixed on the sheet scrolling in its vicinity and thus create the appearance defects.
  • a strip of sheet metal from from an annealing oven enters a liquid metal bath to undergo a coating, for example by galvanization. Between the oven and the bath, the sheet goes through a closed sheath which plunges into the metal bath.
  • the sheath comprises, at least in the part which plunges into the bath, a double wall between which finds a heating system, for example resistors electrics placed under the control of a regulation including a skin temperature measurement, by example a thermocouple.
  • a heating system for example resistors electrics placed under the control of a regulation including a skin temperature measurement, by example a thermocouple.
  • the resistors and the regulation system are designed to ensure, permanently, in the included area between 3 cm above and 3 cm below the bath level and in particular at the level of the mooring line, a skin temperature inside the sheath which is located in the range between t - 30 ° C and t + 50 ° C, t being the temperature of the metal bath.
  • Heating and thermal insulation of the sheath can advantageously complement each other without their association is compulsory, thermal insulation can be made with conventional insulators or with coatings ceramics.

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Description

OBJET DE L'INVENTION
La présente invention concerne un dispositif et un procédé mettant en oeuvre ce dispositif en vue du revêtement de tôles d'acier par immersion dans un bain de métal liquide selon lesquels les tôles traversent, de façon continue, un four à recuire et descendent dans le bain de métal liquide à travers une gaine métallique s'étendant entre le four et le bain et dont l'extrémité inférieure plonge dans le bain.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
Il est bien connu que le revêtement des tôles d'acier par immersion dans un bain de métal liquide provoque des défauts d'aspect du produit fini qui peuvent être extrêmement gênants, voire rédhibitoires pour l'utilisation du produit. Parmi ces défauts, il y a ceux qui sont liés à la présence d'impuretés solides dites "intermétalliques" dans le bain et qui résultent de la dissolution de la tôle dans le bain liquide déjà saturé en fer.
Ces défauts sont bien connus dans le cas du revêtement par le zinc et l'aluminium (galvanisation et aluminié) et se manifestent également pour leurs alliages tels que l'aluzinc et l'aluminié avec le silicium.
De nombreux travaux ont montré que les intermétalliques en question présentent une dimension allant de 2 à 50 microns et sont constitués de fer et des métaux de l'alliage. Il s'agit en particulier de la phase delta (FeZn) et de Fe2Al5-xZnx en galvanisation, de Fe5Al20Si2 en aluzinc, de Fe2Al9Si2 en bain de galvanisation aluminié avec silicium et de FeAl3 en Galfan®.
Des efforts importants ont été réalisés pour éliminer ces défauts et un nombre important de brevets ont été déposés concernant la forme de la cuve de revêtement, le contrôle des atmosphères dans le four et dans la gaine, la forme de la gaine entourant la tôle jusqu'à son entrée dans le bain, les systèmes de nettoyage de la surface du bain, etc. Malheureusement, aucune des propositions connues n'a donné entière satisfaction.
DESCRIPTION DE L'ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans le document PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 012, no. 353 (C-530), 21 septembre 1988 & JP 63 111162 A (SUMITOMO METAL IND LTD), on décrit un dispositif de revêtement de tôles par immersion dans un bain de métal liquide comportant un tube de guidage de la tôle immergée dans le bain, et dans lequel on régule la température du bain, en particulier dans la zone du tube immergé, à l'aide d'un régulateur disposé extérieurement sur la partie immergée du tube.
La puissance de chauffe nécessaire est importante, de même que la consommation électrique.
Le document PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 096, no 011, 29 novembre 1996 & JP 08 176773 A (SUMITOMO METAL IND LTD), décrit dans un contexte similaire un dispositif de régulation de la température portant sur la condensation des vapeurs dans la chambre d'admission et dans la zone d'extrémité du tube. Cette extrémité de tube ne comporte pas d'isolation thermique.
BUT VISE PAR L'INVENTION
Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé et dispositif permettant de réduire sensiblement la formation des défauts précités.
ELEMENTS CARACTERISTIOUES DE L'INVENTION
Le dispositif proposé par l'invention est celui de la revendication 1 annexée. Les revendications 2, 3 et 4 décrivent des formes d'exécution préférées de ce dispositif.
L'invention porte également sur un procédé comportant la mise en oeuvre de tels dispositifs, conformément aux revendications 5 et 6 annexées.
L'invention repose sur les observations et mesures relatives à la formation de ces défauts et consiste, pour l'essentiel, dans l'élimination des paramètres et conditions favorables à la formation des défauts.
Il a, en effet, été observé que la cause essentielle de la formation de ces défauts est le décrochement d'intermétalliques qui se sont cristallisés antérieurement sur les parties "froides" de la gaine et qui se détachent ensuite pour se fixer sur la tôle et sont entraínés par celles-ci.
Des observations réalisées en ligne industrielle ont montré que la situation est particulièrement critique là où la tôle recuite pénètre dans le bain métallique à l'intérieur de la gaine, ceci à cause de l'état physico-chimique de sa surface si ces particules sont en contact avec la tôle à cet endroit, c'est-à-dire avant que la réaction de galvanisation ne se développe, l'expérience a montré qu'il était pratiquement impossible qu'elles se décrochent naturellement. Bien au contraire, le contact de la tôle sur les rouleaux déflecteurs immergés renforce leur adhérence sur cette tôle.
L'origine de ces intermétalliques est une solubilité limitée du fer dans le bain alors que cet élément est apporté de manière continue par la tôle elle-même. En effet, lorsque cette tôle pénètre dans le bain, une partie de la surface de la tôle est dissoute par le métal liquide qui est déjà saturé en fer. Il s'agit ici d'observations dont les raisons ne sont pas encore totalement expliquées avec certitude. Il en résulte donc une sursaturation temporaire en fer du bain conduisant à la précipitation de composés intermétalliques avec les éléments du bain, là où les conditions thermodynamiques sont les plus favorables.
Ces composés restent en suspension lorsqu'ils sont suffisamment petits ou bien, décantent, suivant leur densité relative, soit vers la surface, soit vers le fond lorsqu'ils ont atteint un diamètre suffisant.
Des observations ont montré que des intermétalliques se forment et cristallisent plus particulièrement sur les surfaces plus froides que le bain. Ceci est expliqué physiquement par le fait qu'à l'extrême voisinage de ces surfaces plus froides, la température du bain est aussi plus basse et dès lors la solubilité du fer y est réduite. Les conditions de germination sont, de ce fait, favorisées.
Ces surfaces ou points froids se trouvent entre autres sur la gaine, généralement en inox, et plus particulièrement au niveau de la surface du bain. Des relevés thermiques et thermographiques réalisés en ligne industrielle ont montré que le gradient de température existant dans la partie émergée d'une pièce, ni chauffée, ni isolée, et qui trempe dans le bain métallique, est énorme. On a, ainsi, relevé dans un bain de galvanisation à une température de 460°C que la température d'une pièce en inox de 70 mm d'épaisseur n'était plus que de 390°C à 1 cm au-dessus de la ligne de mouillage et de 235°C à 10 cm au-dessus de cette même ligne. Il en est ainsi de la gaine au niveau de la ligne de mouillage. Il en résulte une cristallisation préférentielle des intermétalliques à cet endroit.
Dans les conditions industrielles habituelles, la gaine est soumise à des variations de régimes thermiques par suite des variations inévitables du niveau de la surface du bain, soit par des vagues, soit par ajout de métal (liquide ou solide) frais. Lorsque, la ligne de mouillage est déplacée, par exemple suite à une montée du niveau du bain, le profil de température à cet endroit est modifié. En particulier, des zones plus froides peuvent être ramenées à la température du bain. Il a été remarqué que ces conditions sont favorables au décrochage des particules antérieurement cristallisées. Le mécanisme chimique exact n'est pas connu mais pourrait, par exemple, résulter d'une remise en solution partielle ou d'une transformation de la composition chimique. Si, de plus, la particule ainsi décrochée est de plus faible densité que le bain, elle flotte et peut être attirée, entraínée et fixée sur la tôle défilant à son voisinage et créer ainsi les défauts d'aspect.
Ce sont donc les fluctuations du régime thermique de la gaine au niveau de la ligne de mouillage qui favorisent successivement la cristallisation et le décrochement de particules et la génération du défaut si ce décrochage se fait à l'intérieur de la gaine raccordant le four au bain métallique. Il est d'ailleurs bien connu que les variations de la surface du bain, telles qu'elles se produisent lors du chargement des lingots de zinc ou du décrassage du bain, génère une grande quantité de défauts d'aspect.
C'est donc grâce à une isolation thermique particulièrement soignée ou, de manière plus industrielle, au réchauffement contrôlé de la paroi de la gaine que l'invention a réussi à supprimer les points froids et dès lors l'origine de la cristallisation des intermétalliques sur ces parties froides. Leur décrochage intempestif lors des variations inévitables du niveau du bain ne peut, dès lors, plus se produire.
Selon l'invention, une bande de tôle en provenance d'un four à recuire pénètre dans un bain de métal liquide pour y subir un revêtement, par exemple par galvanisation. Entre le four et le bain, la tôle traverse une gaine fermée qui plonge dans le bain de métal.
La gaine comporte, au moins dans la partie qui plonge dans le bain, une double paroi entre lesquelles se trouve un système de chauffage, par exemple des résistances électriques placées sous la commande d'un système de régulation incluant une mesure de température de peau, par exemple un thermocouple.
Les résistances et le système de régulation sont conçus pour assurer, en permanence, dans la zone comprise entre 3 cm au-dessus et 3 cm en dessous du niveau du bain et en particulier au niveau de la ligne de mouillage, une température de peau de l'intérieur de la gaine qui se situe dans la plage comprise entre t - 30°C et t + 50°C, t étant la température du bain métallique.
Chauffage et isolation thermique de la gaine peuvent avantageusement se compléter sans que leur association soit obligatoire, l'isolation thermique pouvant être réalisée par des isolants classiques ou par revêtements céramiques.
De cette manière, on assure un régime thermique constant de la gaine au niveau de la ligne de mouillage et on évite la cristallisation et le décrochage des particules qui sont à l'origine des défauts d'aspect des tôles revêtues.

Claims (6)

  1. Dispositif pour le revêtement de tôles d'acier par immersion dans un bain de métal liquide comprenant une cuve contenant le métal liquide, une gaine métallique dont l'extrémité inférieure plonge dans le bain de métal et des moyens pour guider la tôle à travers la gaine dans le bain de métal, caractérisé en ce que la gaine comporte, au moins au niveau de la surface du bain, une double paroi à l'intérieur de laquelle se trouve un système de chauffage placé sous le contrôle d'un système de régulation de la température de peau de la surface intérieure de la gaine.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de chauffage est constitué de résistances électriques.
  3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le système de régulation est constitué de dispositifs de mesures de température de peau intérieure de la gaine constitués de thermocouples.
  4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de chauffage de la paroi de la gaine est associé à un système d'isolation thermique.
  5. Procédé de revêtement de tôles d'acier par immersion dans un bain de métal liquide selon lequel les tôles traversent, de façon continue, un four à recuire et descendent dans le bain de métal liquide à travers une gaine métallique s'étendant entre le four et le bain et dont l'extrémité inférieure plonge dans le bain, à l'aide du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on chauffe la gaine de manière contrôlée afin que sa température de peau de la surface intérieure de la gaine, au niveau de la ligne de mouillage soit maintenue à une température correspondant approximativement à celle du bain de métal.
  6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la température (T) de la surface intérieure de la gaine dans une zone comprise entre 3 cm au-dessus et 3 cm en dessous de la ligne de mouillage de manière que t - 30°C < T < t + 50°C, où t est la température du bain.
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