EP0933442B1 - Dispositif et procédé pour le contrôle de l'épaisseur d'un revêtement de métal liquide sur un filament métallique - Google Patents

Dispositif et procédé pour le contrôle de l'épaisseur d'un revêtement de métal liquide sur un filament métallique Download PDF

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EP0933442B1
EP0933442B1 EP19980200260 EP98200260A EP0933442B1 EP 0933442 B1 EP0933442 B1 EP 0933442B1 EP 19980200260 EP19980200260 EP 19980200260 EP 98200260 A EP98200260 A EP 98200260A EP 0933442 B1 EP0933442 B1 EP 0933442B1
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EP
European Patent Office
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filament
blocks
aforesaid
bath
tubular space
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EP19980200260
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EP0933442A1 (fr
Inventor
Jacques Bauden
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Le Four Industriel Belge SA
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Le Four Industriel Belge 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
    • C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
    • C23C2/16—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness using fluids under pressure, e.g. air knives
    • C23C2/18—Removing excess of molten coatings from elongated material
    • C23C2/20—Strips; Plates

Definitions

  • the present invention relates to a wiping device gas jet for controlling the thickness of a metal coating liquid formed on a metallic filament emerging from a bath of this metal liquid and moving substantially vertically above this bath, this device being intended to be arranged at a certain distance above this bath and comprising an element having a space tubular with circular cross section in which the filament can be move substantially axially, a coaxial annular injector to the tubular space being provided for directing towards the filament a stream of gas, for example nitrogen, in the form of a blade perpendicular to the axis of said filament and oriented radially by relative to the latter, so as to allow excess metal to be wiped away liquid entrained by the filament from the above bath.
  • gas for example nitrogen
  • the basic principle is to repel the metal fluid by means of a blade of a gas see document US-A-3,778,862, which is generally formed of nitrogen.
  • the known devices have the disadvantage of giving rise to a profile of non-uniform nitrogen pressure all around the wire. Therefore, as soon as as the wire reaches a certain speed, we cause irregularities in the coating formed on the filament.
  • One of the essential aims of the present invention is to remedy the drawbacks of known devices, in particular a fast element conversion without having to realign, and, in addition, to allow an increase in the speed of running of the filaments with a decrease in the thickness of the coating to get as close as possible to the minimum set by standards, which for example in the case of ACSR wires is the ASTM standard B498, and this while keeping a very good quality coating and as uniform as possible, with minimum consumption in gas.
  • the above-mentioned element is mounted in the device in a removable manner, so as to allow the replacement of an element by another element, depending on the diameter of the filament to be treated.
  • the aforementioned element according to the present invention comprises at least two blocks, preferably prismatic, which can be moved one by relation to the other between, on the one hand, a closed or working position in which the blocks are applied against each other, delimiting between them a tubular space open at these two ends and in which said filament can move substantially axially and in the wall side of which is formed a slot determining the annular injector aforementioned coaxial, and, on the other hand, a spread or open position providing lateral access to the above-mentioned space, in particular for the placement of the filament in the device.
  • the invention also relates to a wiping method particular for checking the thickness of a metal coating liquid formed on a filament emerging from a bath of this liquid metal and moving vertically above this bath creating around the filament a stream of gas in the form of a blade perpendicular to the axis of said filament and directed radially thereon, so as to allow to wipe off the excess liquid metal entrained by the filament to from the aforementioned bath, in particular by making use of the device such as defined above.
  • This process is characterized by the fact that the thickness of this coating is adjusted by varying, for an element having a tubular space of circular cross section in which said filament moves axially, the pressure of the wiping gas (P na ) at the outlet of the annular injector as a function of the diameter of the filament to be treated according to the formula as defined in claim 15.
  • the The present invention relates to a wiping device and method intended for controlling the thickness of a coating of liquid metal 1, such that zinc, on a filament 2, such as a steel wire of circular section, leaving a bath 3 of this liquid metal in a direction substantially vertical.
  • Wiping off excess liquid metal entrained by the wire 2 from bath 3 takes place by means of a blade of pressurized gas, such only nitrogen, directed radially and perpendicular to the surface wire 2, as indicated by arrow 4 in Figure 1.
  • the device according to the invention is intended to be mounted above this bath 3 and comprises an element 5, consisting of preferably two identical parallelepipedic blocks 5a and 5b, which, when placed against each other, delimits a tubular space 6 having a circular section perpendicular to its axis in which the wire 2 to be covered by the coating 1 can move substantially axially.
  • the aforementioned gas slide is created by an injector annular 7 coaxial with the tubular space 6.
  • This injector is formed by an annular slot 7 parallel to a plane perpendicular to the axis of tubular space 6 and of constant dimensions around the entire periphery of this last.
  • element 5 is, according to the invention, removably mounted on the device wiping to replace an element with a diameter interior determined by another element, depending on the diameter of the wire 2 to be treated without having to dismantle the entire device wiping and therefore realign.
  • the two distinct prismatic blocks 5a and 5b mentioned above can be moved relative to each other between, on the one hand, a closed or working position and, on the other hand, an open or discounted.
  • blocks 5a and 5b are applied one against the other and delimit between them the tubular space 6 in section circular open at both ends, in which wire 2 can be move axially, and in the side wall 9 of which the slot 7 determining the aforementioned coaxial annular injector.
  • the two blocks 5a and 5b are brought at a certain distance from each other in such a way as to allow lateral access to the space tubular 6, for example for placing a wire 2 in the device wiping.
  • the two blocks 5a and 5b each have a semi-cylindrical recess respective 6a and 6b, these two recesses forming in the closed position above the tubular space 6.
  • the block 5a is removably mounted on a fixed support 8a of the wiping device, the other block 5b being mounted in look of the block 5a on a mobile support 8b which can undergo a translation relative to the fixed support 8b between the closed position and the position open, as shown by arrows 30 in Figure 2.
  • the movable support 8b rests sliding on two arms 10 mounted on either side of the latter.
  • An eccentric mechanism 11 with lever 15 cooperates with the arm 10 on the side of the mobile support 8b opposite to that directed towards the fixed support 8a.
  • This mechanism 11 comprises a cylinder 12 which can rotate around an axis 12a parallel to the axis 12b of the cylinder 12 extending transversely to the arms 10.
  • shaft 23 On either side of the cylinder 12 are provided ends shaft 23 whose axis coincides with axis 12a and which are mounted at rotation and removably in corresponding housings 14 formed in the upper edges of the arms 10.
  • a lever 15 is screwed into the side wall of the cylinder 12 and extends perpendicular to the axis 12a of the shaft ends 23 of so as to allow this cylinder to pivot around this axis 12a between a blocking position in which the block 5a is pressed against block 5b by cylinder 12, thanks to the eccentricity between the axis 12b of the latter and the axis 12a, and an unlocking position, in which the axis 12b is located on the opposite side of the axis 12a relative to the blocks 5a and 5b.
  • each of blocks 5a and 5b is consisting of two separate superimposed parts having the shape of a rectangular parallelepiped. These parts 18 and 19 are fixed in a removably to each other and to their respective support 8a and 8b at screw means 24, making between these parts 18 and 19 the slot aforementioned annular 7 which is constituted by a shaped machined recess semicircle in the upper face 20 of part 18 of each block 5a and 5b.
  • This slot 7 communicates with a supply chamber in gas 17, also in the shape of a semicircle, hollowed out in the part 19 and extending over the entire height of the latter.
  • This room 17 is connected to an inlet pipe from gas, not shown, connected above the support 8a, by a pipe 25 passing through the support 8a from their upper face 26 and opening into chamber 17 of block 8a.
  • the support 8b has the same pipe 25, but the function of this is to allow the measurement of pressure by a pressure gauge, not shown, connected to this pipe 25 at the location where it opens into the upper face 26 of this support 8b.
  • the pipe 25 of the fixed support 8a is connected to that of the support 8b, in the closed position of the blocks 5a and 5b, by two conduits 27 formed on either side of the tubular space 22, so as to supply gas to the slot 7 of the block 5b.
  • the wiping device as shown in figures, includes a fixing part 29 allowing to mount it by screws 30 on a positioning device, not shown, mobile between certain limits.
  • the second embodiment of the wiping device differs from the first embodiment by the fact that blocks 5a and 5b each have a removable interior lining 28 forming the wall lateral 9 of the tubular space 6 and therefore having the shape of a half-cylinder.
  • This lining 28 consists of two portions 28a and 28b arranged one in the extension of the other parallel to the axis of the space 6, leaving the above-mentioned slot 7 between them.
  • blocks 5a and 5b consist of a single room and the supply chamber 17 is located inside the blocks Sa and 5b, opposite the slot 7.
  • the blocks 5a and 5b may, where appropriate, be integral and non-removable supports 8a and 8b, since it suffices to replace the linings 28 with internal diameter linings different depending on the diameter of the wire 2 to be covered with a coating metallic.
  • a cylindrical buffer chamber 16 coaxial with the tubular space 6 extends below the latter and opens out above the bath 3 in communicating with the surrounding atmosphere, so that create around wire 2 an area slightly overpressured by gas coming from the injector 7.
  • This chamber 16 preferably has a diameter significantly greater than that of the tubular space 6 in order to favor the return to the bath 3 of the excess liquid metal entrained by wire 2 and wiped by the gas slide.
  • the invention also relates to a method of wiping with gas slide allowing the control of the thickness of a coating of liquid metal 1 formed on a wire 2 leaving the bath 3 of this liquid metal and moving vertically above this bath 3.
  • This thickness depends on a whole series of parameters.
  • the coating thickness can be calculated in g / m 2 using the formula Cpf x 10 3 x ⁇ 1.
  • the diameter to be considered is that of the wire even twice the thickness of the alloy. This is, by example, the case when the wire is made of iron and the covering metal is made of zinc. In such a case, an Fe-Zn alloy will form on the wire coming out of the bath.
  • wire diameters optionally comprising an alloy layer, can vary from 0.8 to 8 mm.
  • the device used is of the type as shown in Figures 2 and 3.
  • the invention can be applied for the covering of any type of wires or substrates elongated by any which metal or metal alloy, it is advantageously used for covering of steel wires with a zinc or alloy coating zinc

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Description

La présente invention est relative à un dispositif d'essuyage à jet de gaz destiné au contrôle de l'épaisseur d'un revêtement de métal liquide formé sur un filament métallique sortant d'un bain de ce métal liquide et se déplaçant sensiblement verticalement au-dessus de ce bain, ce dispositif étant destiné à être agencé à une certaine distance au-dessus de ce bain et comprenant un élément présentant un espace tubulaire à section transversale circulaire dans lequel le filament peut se déplacer sensiblement axialement, un injecteur annulaire coaxial à l'espace tubulaire étant prévu permettant de diriger vers le filament un courant de gaz, par exemple de l'azote, en forme de lame perpendiculairement à l'axe dudit filament et orienté radialement par rapport à ce dernier, de manière à permettre d'essuyer l'excès de métal liquide entraíné par le filament à partir du bain susdit.
Plusieurs dispositifs du type précité ont déjà été développés avec des succès très variables.
Le principe de base est de repousser le fluide de métal moyennant une lame d'un gaz voir document US-A-3,778,862, qui est généralement formé d'azote. Les dispositifs connus présentent l'inconvénient de donner lieu à un profil de pression d'azote non uniforme sur tout le pourtour du fil. De ce fait, dès que le fil atteint une certaine vitesse, on provoque des irrégularités dans le revêtement formé sur le filament.
En outre, pour chaque diamètre de filament, dans les dispositifs connus notamment pour limiter ou contrôler la consommation en gaz, il y a lieu de prévoir un élément à espace tubulaire différent. Ceci nécessite donc, à chaque fois, le remplacement d'un élément par un autre élément approprié nécessitant souvent un démontage de l'ensemble du dispositif et, par conséquent, du temps précieux non négligeable en production ainsi que des réglages délicats d'alignement avec le filament lors de la mise en service d'un nouvel élément à espace tubulaire.
Un des buts essentiels de la présente invention est de remédier aux inconvénients des dispositifs connus, notamment une conversion rapide de l'élément sans devoir procéder à un réalignement, et, de plus, de permettre de combiner une augmentation de la vitesse de défilement des filaments avec une diminution de l'épaisseur du revêtement pour se rapprocher le plus possible du minimum fixé par les normes, qui par exemple dans le cas des fils ACSR est la norme ASTM B498, et ceci tout en gardant un revêtement de très bonne qualité et aussi uniforme que possible, et ceci avec une consommation minimale en gaz.
A cet effet, suivant l'invention, l'élément susdit est monté dans le dispositif d'une manière amovible, de manière à permettre le remplacement d'un élément par un autre élément, en fonction du diamètre du filament à traiter.
L'élément précité suivant la présente invention comprend au moins deux blocs, de préférence prismatiques, pouvant être déplacés l'un par rapport à l'autre entre, d'une part, une position fermée ou de travail dans laquelle les blocs sont appliqués l'un contre l'autre en délimitant entre eux un espace tubulaire ouvert à ces deux extrémités et dans lequel ledit filament peut se mouvoir sensiblement axialement et dans la paroi latérale duquel est ménagée une fente déterminant l'injecteur annulaire coaxial précité, et, d'autre part, une position écartée ou ouverte permettant d'accéder latéralement à l'espace susdit, notamment pour la mise en place du filament dans le dispositif.
L'invention concerne également un procédé d'essuyage particulier pour le contrôle de l'épaisseur d'un revêtement de métal liquide formé sur un filament sortant d'un bain de ce métal liquide et se déplaçant verticalement au-dessus de ce bain en créant autour du filament un courant de gaz en forme de lame perpendiculairement à l'axe dudit filament et dirigé radialement sur ce dernier, de manière à permettre d'essuyer l'excès de métal liquide entraíné par le filament à partir du bain susdit, notamment en faisant usage du dispositif tel que défini ci-dessus.
Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on règle l'épaisseur de ce revêtement en faisant varier, pour un élément présentant un espace tubulaire à section transversale circulaire dans lequel se déplace axialement ledit filament, la pression du gaz d'essuyage (Pna) à la sortie de l'injecteur annulaire en fonction du diamètre du filament à traiter suivant la formule telle que définie dans la revendication 15.
Il s'agit d'un procédé qui permet, en fonction du diamètre du filament, de la vitesse de défilement de ce dernier et de l'épaisseur du revêtement, de déterminer la pression du gaz à l'entrée du dispositif d'essuyage utilisé.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description, donnée ci-après, à titre d'exemple non limitatif de deux formes de réalisation particulières du dispositif d'essuyage suivant l'invention et d'une forme de réalisation particulière du procédé pour le contrôle de l'épaisseur du revêtement formé sur un filament à recouvrir, avec référence aux dessins annexés.
  • La figure 1 est une vue latérale schématique d'un filament revêtu d'un film métallique liquide soumis à un essuyage par une lame de gaz conformément au procédé suivant l'invention.
  • La figure 2 est une vue en perspective, d'une première forme de réalisation du dispositif suivant l'invention dans sa position d'ouverture.
  • La figure 3 est une vue explosée en perspective de cette première forme de réalisation.
  • La figure 4 est une vue schématique en élévation d'une partie essentielle d'une deuxième forme de réalisation du dispositif suivant l'invention.
  • La figure 5 est une vue en perspective explosée de deux fragments importants de cette partie essentielle de cette deuxième forme de réalisation.
    • Dans les différentes figures, les mêmes chiffres de référence concernent des éléments identiques ou analogues.
    Comme montré schématiquement par la figure 1, la présente invention concerne un dispositif et un procédé d'essuyage destiné au contrôle de l'épaisseur d'un revêtement de métal liquide 1, tel que du zinc, sur un filament 2, tel qu'un fil d'acier à section circulaire, sortant d'un bain 3 de ce métal liquide suivant une direction sensiblement verticale.
    L'essuyage du métal liquide excédentaire entraíné par le fil 2 à partir du bain 3 a lieu au moyen d'une lame de gaz sous pression, tel que de l'azote, dirigée radialement et perpendiculairement à la surface du fil 2, comme indiqué par la flèche 4 sur la figure 1.
    Le dispositif, suivant l'invention, est destiné à être monté au-dessus de ce bain 3 et comprend un élément 5, constitué de préférence de deux blocs parallélépipédiques identiques 5a et 5b, pouvant, lorsque mis l'un contre l'autre, délimiter un espace tubulaire 6 présentant une section circulaire perpendiculaire à son axe dans lequel le fil 2 à recouvrir par le revêtement 1 peut se déplacer sensiblement axialement.
    La lame de gaz précitée est créée par un injecteur annulaire 7 coaxial à l'espace tubulaire 6. Cet injecteur est formé par une fente annulaire 7 parallèle à un plan perpendiculaire à l'axe de l'espace tubulaire 6 et de dimensions constantes sur tout le pourtour de ce dernier.
    Comme montré plus en détail aux figures 2 et 3, dans la première forme de réalisation du dispositif suivant l'invention, l'élément 5 est, suivant l'invention, monté d'une manière amovible sur le dispositif d'essuyage pour permettre de remplacer un élément d'un diamètre intérieur déterminé par un autre élément, en fonction du diamètre du fil 2 à traiter et ceci sans devoir démonter l'ensemble du dispositif d'essuyage et donc procéder à un réalignement. Ainsi, avantageusement, les deux blocs prismatiques distincts 5a et 5b précités peuvent être déplacés l'un par rapport à l'autre entre, d'une part, une position fermée ou de travail et, d'autre part, une position ouverte ou écartée.
    Dans la position fermée, les blocs 5a et 5b sont appliqués l'un contre l'autre et délimitent entre eux l'espace tubulaire 6 à section circulaire ouvert à ces deux extrémités, dans lequel le fil 2 peut se mouvoir axialement, et dans la paroi latérale 9 duquel est ménagée la fente 7 déterminant l'injecteur annulaire coaxial précité.
    Dans la position ouverte, telle que montrée à la figure 2, les deux blocs 5a et 5b sont amenés à une certaine distance l'un de l'autre d'une manière telle à permettre d'accéder latéralement à l'espace tubulaire 6, par exemple pour la mise en place d'un fil 2 dans le dispositif d'essuyage.
    Suivant une forme de réalisation préférée de l'invention, les deux blocs 5a et 5b présentent chacun un évidement demi-cylindrique respectif 6a et 6b, ces deux évidements formant dans la position fermée susdite l'espace tubulaire 6.
    Le bloc 5a est monté d'une manière amovible sur un support fixe 8a du dispositif d'essuyage, l'autre bloc 5b étant monté en regard du bloc 5a sur un support mobile 8b pouvant subir une translation par rapport au support fixe 8b entre la position fermée et la position ouverte, comme montré par les flèches 30 sur la figure 2.
    A cet égard, dans les deux formes de réalisation particulières représentées aux figures 2 à 4, le support mobile 8b repose à coulissement sur deux bras 10 montés de part et d'autre de ce dernier.
    Un mécanisme excentrique 11 à levier 15 coopère avec les bras 10 du côté du support mobile 8b opposé à celui dirigé vers le support fixe 8a. Ce mécanisme 11 comprend un cylindre 12 pouvant tourner autour d'un axe 12a parallèle à l'axe 12b du cylindre 12 s'étendant transversalement par rapport aux bras 10.
    De part et d'autre du cylindre 12 sont prévus des bouts d'arbre 23 dont l'axe coïncide avec l'axe 12a et qui sont montés à rotation et d'une manière amovible dans des logements correspondants 14 ménagés dans les bords supérieurs des bras 10.
    Un levier 15 est vissé dans la paroi latérale du cylindre 12 et s'étend perpendiculairement à l'axe 12a des bouts d'arbre 23 de manière à permettre de soumettre ce cylindre à un pivotement autour de cet axe 12a entre une position de blocage dans laquelle le bloc 5a est pressé contre le bloc 5b par le cylindre 12, grâce à l'excentricité entre l'axe 12b de ce dernier et l'axe 12a, et une position de déblocage, dans laquelle l'axe 12b se situe du côté opposé de l'axe 12a par rapport aux blocs 5a et 5b.
    Afin de permettre de dégager les bouts d'arbre 23 par l'ouverture d'accès 13 de leurs logement respectifs 14, pour amener le dispositif dans sa position d'ouverture, comme montré à la figure 2, une partie en forme de segment a été enlevée de chacun de ces bouts d'arbre 23.
    Dans la première forme de réalisation du dispositif suivant l'invention, montré aux figures 2 et 3, chacun des blocs 5a et 5b est constitué de deux parties distinctes superposées présentant la forme d'un parallélépipède rectangle. Ces parties 18 et 19 sont fixées d'une manière amovible l'une à l'autre et à leur support respectif 8a et 8b au moyen de vis 24 en ménageant entre ces parties 18 et 19 la fente annulaire précitée 7 qui est constituée par un évidement usiné en forme de demi-cercle dans la face supérieure 20 de la partie 18 de chaque bloc 5a et 5b.
    Cette fente 7 communique avec une chambre d'alimentation en gaz 17, également en forme de demi-cercle, évidée dans la partie 19 et s'étendant sur toute la hauteur de cette dernière. Cette chambre 17 est mise en communication avec une conduite d'arrivée de gaz, non représentée, raccordée au-dessus du support 8a, par une canalisation 25 traversant le support 8a à partir de leur face supérieure 26 et débouchant dans la chambre 17 du bloc 8a.
    Le support 8b comporte la même canalisation 25, mais la fonction de celle-ci est de permettre la mesure de la pression par un manomètre, non représenté, raccordé à cette canalisation 25 à l'endroit où elle débouche dans la face supérieure 26 de ce support 8b.
    De plus, la canalisation 25 du support fixe 8a est raccordée à celle du support 8b, dans la position de fermeture des blocs 5a et 5b, par deux conduits 27 formés de part et d'autre de l'espace tubulaire 22, de manière à alimenter en gaz la fente 7 du bloc 5b.
    Enfin, le dispositif d'essuyage, tel que représenté aux figures, comprend une pièce de fixation 29 permettant de le monter par des vis 30 sur un dispositif de positionnement, non représenté, mobile entre des limites déterminées.
    La deuxième forme de réalisation du dispositif d'essuyage, suivant l'invention, telle qu'illustrée par la figure 4, se distingue de la première forme de réalisation par le fait que les blocs 5a et 5b présentent chacun une garniture intérieure amovible 28 formant la paroi latérale 9 de l'espace tubulaire 6 et ayant donc la forme d'un demi-cylindre.
    Cette garniture 28 est constituée de deux portions 28a et 28b disposées l'une dans le prolongement de l'autre parallèlement à l'axe de l'espace 6 en ménageant entre elles la fente précitée 7. Dans cette forme de réalisation, les blocs 5a et 5b sont constitués d'une seule pièce et la chambre d'alimentation 17 se situe à l'intérieur des blocs Sa et 5b, en regard de la fente 7. Ainsi, dans cette deuxième forme de réalisation, les blocs 5a et 5b peuvent, le cas échéant, être solidaires et non amovibles des supports 8a et 8b, étant donné qu'il suffit de remplacer les garnitures 28 par des garnitures d'un diamètre intérieur différent en fonction du diamètre du fil 2 à recouvrir d'un revêtement métallique.
    Par contre, dans la deuxième forme de réalisation, il y a lieu de remplacer les blocs 5a et 5b même, ce qui est, toutefois, en général une opération plus facile et plus rapide que le remplacement des garnitures 28.
    Par ailleurs, dans chacune de ces formes de réalisation, une chambre tampon cylindrique 16 coaxiale à l'espace tubulaire 6 s'étend en dessous de ce dernier et débouche au-dessus du bain 3 en communiquant avec l'atmosphère environnante, de manière à pouvoir créer autour du fil 2 une zone légèrement en surpression par le gaz provenant de l'injecteur 7. Cette chambre 16 présente de préférence un diamètre nettement supérieur à celui de l'espace tubulaire 6 afin de favoriser le retour vers le bain 3 de l'excès de métal liquide entraíné par le fil 2 et essuyé par la lame de gaz.
    L'invention concerne également un procédé d'essuyage à lame de gaz permettant le contrôle de l'épaisseur d'un revêtement de métal liquide 1 formé sur un fil 2 sortant du bain 3 de ce métal liquide et se déplaçant verticalement au-dessus de ce bain 3.
    Cette épaisseur dépend de toute une série de paramètres.
    Suivant l'invention, une relation a été établie entre ces différents paramètres permettant, pour un dispositif déterminé d'essuyage, de régler la pression (Pna) du gaz d'essuyage à la sortie de la fente en fonction du diamètre (d) du fil à recouvrir se déplaçant à une vitesse verticale déterminée U en regard de la lame de gaz d'essuyage.
    Cette relation s'établit comme suit :
    Figure 00090001
    dans laquelle
    • Cpf = l'épaisseur du revêtement du filament (2) après essuyage mesurée en mètres,
    • R = d + 2E / 2 dans laquelle E représente l'épaisseur d'alliage éventuel formé sur le film calculé en mètres.
    • U = la vitesse du filament (2) en m/sec.
    • H = R + kk, dans laquelle kk = hkk / 1ρ1 × 103 en mètres
      et hkk = quantité initiale de la couche de métal liquide en g/m2sur le fil avant l'essuyage répondant à la formule ul·U ρ1·g × 106 × Kf dans laquelle
    • ul = viscosité en Pa.sec du métal liquide entraíné à la température considérée;
    • ρ1 = masse volumique du métal en kg/m3 entraíné à la température considérée;
    • g = accélération, en m/sec2, due à la pesanteur;
    • Kf = coefficient, dépendant de l'état du fil et déterminé expérimentalement;
    • P = coefficient calculé sur base de la formule P = ρ1 × g + 14,12216 × Pna S.Z ul × 0,08 dans laquelle Pna est la pression à la sortie de l'injecteur tubulaire, S est l'épaisseur de la lame de gaz à cette sortie et Z répond à la formule suivante : Z = D - d 2 dans laquelle D est le diamètre de l'espace tubulaire (6).
    • C = coefficient de cisaillement répondant à la formule :
      Figure 00100001
    L'épaisseur du revêtement peut être calculé en g/m2 au moyen de la formule Cpf x 103 x ρ1.
    Lorsque le fil est plongé dans un métal liquide susceptible de créer une couche d'alliage, le diamètre à considérer est celui du fil même augmenté de deux fois l'épaisseur de l'alliage. Ceci est, par exemple, le cas lorsque le fil est en fer et que le métal de recouvrement est formé de zinc. Dans un tel cas, un alliage Fe-Zn se formera sur le fil sortant du bain.
    Afin de permettre de déterminer la pression au manomètre précité, à l'entrée du dispositif d'essuyage utilisé, qu'il faut appliquer pour obtenir la pression Pna souhaitée à la sortie de l'injecteur 7 nécessaire pour former l'épaisseur souhaitée du revêtement métallique sur le fil, des essais réitérés doivent être effectués sur ce dispositif de manière à pouvoir déterminer la perte de charge entre ce manomètre et la sortie de l'injecteur.
    Ainsi, une fois que la relation entre la perte de charge et la pression mesurée au manomètre a pu être établie on peut déterminer la pression de gaz au manomètre pour obtenir la pression Pna et, en appliquant la formule (b) donnée ci-dessus on peut calculer la vapeur du coefficient P à introduire dans la relation (a) pour obtenir l'épaisseur souhaitée Cpf du revêtement métallique sur le fil à traiter.
    La relation (a) précitée s'applique de préférence pour des diamètres de fils, comprenant éventuellement une couche d'alliage, pouvant varier de 0,8 à 8 mm.
    Il s'est avéré, suivant l'invention, que si l'on désire réduire la consommation en gaz au strict minimum, le rapport entre le diamètre du fil 2 et celui de l'espace tubulaire 6, ou de la distance entre la fente 7 et le fil doit être maintenue en dessous de certaines limites.
    Ainsi en pratique, on procède comme suit :
    Diamètre du fil Diamètre espace tubulaire 6 utilisé
    0,8 à 1,8 mm 6 mm
    1,8 à 2 mm 8 mm
    2,8 à 3,5 mm 10 mm
    3,5 à 8 mm 12 mm
    Ceci implique donc qu'il est important de pouvoir remplacer facilement et rapidement, sans devoir procéder à un réalignement du dispositif, les parties de ce dernier déterminant le diamètre de cet espace tubulaire.
    Ci-après est donné un exemple d'application de la relation (a) précitée sur un dispositif d'essuyage déterminé pour un fil d'acier d'un diamètre (d) déterminé se déplaçant à une vitesse (U) déterminée et sur lequel un revêtement de zinc d'une épaisseur de 350 à 400 g/m doit être formé.
    Plus concrètement, les paramètres connus ou calculés, dont il y a lieu de tenir compte pour établir la relation (a) sont comme suit :
    U :
    1,083 m/s
    S :
    0,0006 m
    d :
    0,00179 m (comprenant la couche d'alliage Zn-Fe)
    D :
    0,006 m
    ρ1 :
    7140 kg/m3
    u1 :
    0,0034165 Pa.s
    ρa :
    1,1132615 kg/m3
    ua :
    0,0000165 Pa.s
    g :
    9,81 m/s2
    C :
    -90,6459
    H :
    0,001052
    hkk :
    568,10 g/m2
    hk :
    0,0000796 m.
    Le dispositif utilisé est du type tel que représenté aux figures 2 et 3.
    Si on introduit les paramètres précités et une épaisseur désirée Cpf dans la relation (a) on peut calculer le coefficient P qui par l'application de la formule (b) permet de retrouver la pression Pna et, par conséquent, la pression du gaz à établir au manomètre à l'entrée du dispositif.
    Toutefois, une autre possibilité, généralement plus pratique, consiste à procéder par tâtonnement en introduisant d'abord une valeur quelconque pour Pna dans la formule (b) permettant d'obtenir une valeur correspondante Cpf dans la relation (a) et de réduire ou d'augmenter la valeur Pna en fonction de la valeur Cpf obtenue jusqu'à obtenir une valeur Cpf entrant dans les limites fixées pour l'épaisseur du revêtement métallique du fil, qui était dans le présent cas de 350 à 400 g/m.
    Ainsi, il a été constaté qu'en donnant à Pna une valeur de 55 mm H2O la valeur Cpf était de 0,0000531 m soit 379,40 g/m2.
    Il est important de noter que la relation (a) telle que donnée ci-dessus s'applique non seulement au dispositif d'essuyage suivant l'invention, mais à tout type de dispositifs à essuyage faisant usage d'une lame de gaz orientée horizontalement d'un fil se déplaçant verticalement au-dessus d'un bain de métal liquide.
    Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation du dispositif d'essuyage telles que représentées aux figures annexées et au procédé d'essuyage décrit ci-dessus, mais que bien des variantes peuvent être envisagées sans sortir de la présente invention, notamment en ce qui concerne les moyens utilisés pour donner accès à l'espace tubulaire 6 dans lequel se déplace le fil à recouvrir.
    Ainsi, quoique l'invention peut s'appliquer pour le recouvrement de tout type de fils ou substrats allongés par n'importe quel métal ou alliage de métal, elle est avantageusement utilisée pour le recouvrement de fils d'acier par un revêtement de zinc ou d'alliage de zinc

    Claims (16)

    1. Dispositif d'essuyage à jet de gaz destiné au contrôle de l'épaisseur d'un revêtement (1) de métal liquide formé sur un filament métallique (2) sortant d'un bain (3) de ce métal liquide et se déplaçant sensiblement verticalement au-dessus de ce bain, ce dispositif étant destiné à être agencé à une certaine distance au-dessus de ce bain (3) et comprenant un élément (5) présentant un espace tubulaire (6) cylindrique dans lequel le filament (2) peut se déplacer sensiblement axialement, un injecteur (7) étant prévu dans l'espace tubulaire (6) pour diriger vers le filament un courant de gaz, par exemple de l'azote, cet élément étant agencé pour essuyer l'excès de métal liquide entraíné par le filament (2) à partir du bain (3) susdit, caractérisé en ce que l'injecteur (7) est annulaire et coaxial par rapport au filament et, à l'intérieur dudit espace tubulaire cylindrique (6) qui est ouvert à ses deux extrémités, il dirige vers le filament ledit courant de gaz, sous la forme d'une lame perpendiculaire à l'axe dudit filament et orientée radialement par rapport à ce dernier, en ce que l'élément susdit (5) est monté d'une manière amovible, pour permettre le remplacement d'un élément d'un diamètre intérieur déterminé par un autre élément, en fonction du diamètre du filament à traiter, et en ce que l'élément précité comprend au moins deux blocs (5a) et (5b), de préférence prismatiques, pouvant être déplacés l'un par rapport à l'autre entre, d'une part, une position fermée ou de travail dans laquelle les blocs (5a) et (5b) sont appliqués l'un contre l'autre en délimitant entre eux ledit espace tubulaire cylindrique (6) dans lequel ledit filament (2) peut se mouvoir sensiblement axialement, et, d'autre part, une position écartée ou ouverte permettent d'accéder latéralement à l'espace susdit (6), notamment pour la mise en place du filament (2) dans le dispositif.
    2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit espace tubulaire cylindrique (6) présente une paroi latérale (9) où est ménagée une fente (7) déterminant l'injecteur annulaire coaxial précité.
    3. Dispositif suivant l'une des revendications, 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément précité comprend deux blocs distincts (5a) et (5b), chacun de ces blocs présentant un évidement de forme demi-cylindrique (6a) et (6b), ces deux évidements formant, dans la position fermée susdite, l'espace tubulaire précité (6).
    4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un des deux blocs (5a) de l'élément précité (5) est monté d'une manière amovible sur un support fixe (8a), l'autre bloc (5b) étant monté en regard du bloc (5a) cité en premier lieu sur un support mobile (8b) pouvant subir une translation entre une position de fermeture, dans laquelle les blocs (5a) et (5b) sont appliqués l'un contre l'autre, et une position d'ouverture, dans laquelle ils se trouvent à une certaine distance l'un de l'autre, d'une manière telle à pouvoir accéder à l'espace tubulaire précité (6).
    5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le support mobile précité (8b) est agencé sur deux bras (10a) et (10b) montés sur le support fixe (8a) de part et d'autre de ce dernier.
    6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le support mobile (8b) repose à coulissement sur les deux bras précités (10a) et (10b), un mécanisme à excentrique (11) étant monté sur ces bras (10a) et (10b) du côté du support mobile (8b) opposé à celui dirigé vers le support fixe (8a), ce mécanisme (11) comprenant un cylindre (12) pouvant tourner autour d'un axe excentré parallèle à celui du cylindre (12) s'étendant transversalement par rapport aux bras (10) d'une manière telle à pouvoir presser le support mobile (8b) dans sa position de fermeture sous l'action du cylindre (12) en rapprochant l'axe de ce dernier du support fixe (8a), et à pouvoir libérer ce support mobile (8b) en faisant tourner le cylindre (12) autour de l'axe excentré susdit en écartant l'axe du cylindre du support (8a).
    7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une chambre tampon (16) destinée à entourer le filament (2) est prévue en dessous de l'injecteur annulaire (7) et de l'élément précité (5) en débouchant au-dessus du bain (3) de métal liquide et en communiquant avec l'atmosphère environnante, de manière à pouvoir créer autour du filament (2), entre ce bain (3) et le dispositif, une zone légèrement en surpression par le gaz provenant de l'injecteur.
    8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la fente annulaire précitée (7) communique avec une chambre d'alimentation (17) ménagée dans les blocs précités, cette dernière pouvant être raccordée à une arrivée de gaz sous pression permettant de créer le courant de gaz en forme de lame
    9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'élément précité (5) comprend une garniture intérieure amovible formant la paroi latérale (9) de l'espace tubulaire précité (6) et présentant l'injecteur précité (7).
    10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que chacun des blocs (5a) et (5b) comprend deux parties distinctes superposées (18) et (19) et fixées d'une manière amovible l'une à l'autre en ménageant entre elles la fente annulaire précitée 7.
    11. Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre d'alimentation (17) est agencée dans la partie supérieure (19) des blocs (5a) et (5b), au-dessus de la fente annulaire (7) en communiquant avec cette dernière sur sensiblement tout son pourtour.
    12. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la fente annulaire est ménagée dans la face supérieure (20) de la partie inférieure (18) des blocs (5a) et (5b).
    13. Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 11 et 12, caractérisé en ce que la chambre d'alimentation (17) se prolonge à l'intérieur des supports (8a) et (8b) jusqu'à une arrivée de gaz sous pression, des moyens de raccordement (21) étant prévus dans les supports (8a) et (8b) permettant de mettre la chambre d'alimentation (17) des blocs (5a) et (5b) en communication l'une avec l'autre lorsque ces blocs sont dans leur position de fermeture.
    14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 13, caractérisé en ce que les blocs (5a) et (5b) étant suspendus en dessous des supports (8a) et (8b), les évidements de forme demi-cylindrique (6a) et (6b) ménagés dans ces blocs se prolongent dans les supports (8a) et (8b) sur toute la hauteur de ces derniers, de manière à délimiter ainsi également par les supports (8a) et (8b), dans la position de fermeture des blocs (5a) et (5b), un espace tubulaire (22) coaxial à l'espace tubulaire (6) délimité par les blocs (5a) et (5b).
    15. Procédé d'essuyage à jet de gaz destiné au contrôle de l'épaisseur d'un revêtement (1) de métal liquide formé sur un filament (2) sortant d'un bain (3) de ce métal liquide et se déplaçant verticalement au-dessus de ce bain (3) en créant autour du filament (2) à partir d'un injecteur annulaire (7) un courant de gaz en forme de lame perpendiculairement à l'axe dudit filament et dirigé radialement sur ce dernier, de manière à permettre d'essuyer l'excès de métal liquide entraíné par le filament (2) à partir du bain susdit (3), notamment en faisant usage du dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que l'on règle l'épaisseur (Cpf) de ce revêtement (1) en faisant varier, pour un élément déterminé (5), présentant un espace tubulaire (6) à section transversale circulaire dans lequel se déplace axialement ledit filament (2), la pression du gaz d'essuyage (Pnd) à la sortie de l'injecteur annulaire (7) en fonction du diamètre (d) du filament à recouvrir (2) suivant la formule :
      Figure 00180001
      dans laquelle :
      Cpf = l'épaisseur du revêtement du filament (2) après essuyage mesurée en mètres,
      R = d + 2E / 2 dans laquelle E représente l'épaisseur d'alliage éventuel formé sur le film calculé en mètres
      U = la vitesse du filament (2) en m/sec.
      H = R + kk, dans laquelle kk = hkk / 1ρ1 × 103
      et hkk = l'épaisseur initiale de la couche de métal liquide sur le fil avant l'essuyage et répond à la formule ul·U ρ1·g × 106 × Kf dans laquelle
      ul = viscosité en Pa.sec du métal liquide entraíné à la température considérée;
      ρ1 = masse volumique du métal en kg/m3 entraíné à la température considérée;
      g = accélération, en m/sec2, due à la pesanteur;
      Kf = coefficient, dépendant de l'état du fil et déterminé expérimentalement;
      P = coefficient calculé sur base de la formule : P = ρ1 × g + 14,12216 × Pna S.Z ul × 0,08 dans laquelle Pna est la pression à la sortie de l'injecteur tubulaire, S est l'épaisseur de la lame de gaz à cette sortie et Z répond à la formule suivante : Z = D - d 2 dans laquelle D est le diamètre de l'espace tubulaire (6),
      C = coefficient de cisaillement répondant à la formule :
      Figure 00190001
    16. Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que l'on utilise un bain (3) de zinc ou d'alliage de zinc liquide et des filaments d'acier (2) à recouvrir par un revêtement de zinc ou d'un alliage de zinc (1).
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