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Installation de traitement continu d'une bande d'acier galvanisée et procédé pour son utilisation.
La présente invention concerne une installation de traitement continu d'une bande d'acier galvanisée, en particulier par galvannealing. Elle porte également sur un procédé d'utilisation de cette installation.
On sait que le traitement thermique connu sous le nom de galvannealing consiste à soumettre une bande d'acier galvanisée successivement à un chauffage, un maintien à température constante puis un refroidissement rapide. Ce traitement doit assurer la diffusion du fer de la bande à travers le zinc du revêtement, jusqu'à atteindre une teneur comprise entre 7 % et 13 % dans ce revêtement. Ces valeurs définissent la gamme optimale de composition de l'alliage, hors de laquelle il se produit du poudrage à l'emboutissage si la teneur en fer est trop élevée, ou la soudabilité du produit n'est pas suffisante si la teneur en fer est trop faible.
Actuellement, l'opération de galvannealing est effectuée dans une installation où la bande décrit au moins deux passes verticales, à savoir une passe ascendante et une passe descendante. Typiquement, cette installation peut également être utilisée pour la fabrication d'une bande galvanisée conventionnelle.
Dans une installation de type conventionnel, un four de chauffage et de maintien à température est disposé au-dessus du bain de galvanisation, immédiatement après le dispositif d'essorage, c'est-à-dire les rouleaux ou les couteaux d'air. Ce four est généralement rétractable, parce qu'il n'est pas utilisé lors de la production de bandes galvanisées conventionnelles. Audessus de ce four est situé un premier dispositif de refroidissement, généralement un premier groupe de ventilateurs de soufflage d'air. Le four et le dispositif de refroidissement précités déterminent la hauteur de la passe ascendante, qui ne peut actuellement pas dépasser environ 50 mètres en raison des vibrations produites au niveau des couteaux d'air.
Un second dispositif de refroidissement, par exemple un second groupe de ventilateurs, est habituellement placé au début de la passe descendante qui suit, le reste de cette passe descendante étant inoccupé.
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Dans une telle installation, la bande revêtue quitte le bain de zinc à une température d'environ 450. C à 480. C puis, après essorage par les couteaux d'air, elle subit l'opération de galvannealing par chauffage et maintien à environ 550. C dans le four rétractable précité. Elle est ensuite refroidie par un premier groupe de ventilateurs, de manière à ne pas endommager le revêtement sur les rouleaux de renvoi, puis le refroidissement est poursuivi au début de la passe descendante, jusqu'à une température appropriée en vue d'un traitement ultérieur de la bande revêtue.
Quant aux bandes galvanisées conventionnelles, elles subissent uniquement un refroidissement depuis environ 450'C-480'C, qui est leur température après l'essorage, jusqu'à une température inférieure à 330. C au sommet de la passe ascendante, afin d'éviter le collage de la bande sur les rouleaux de renvoi.
Le refroidissement se poursuit alors dans le second dispositif de refroidissement, situé au début de la passe descendante, jusqu'à la température requise pour un traitement ultérieur de la bande galvanisée.
Dans la pratique actuelle, la conduite du traitement de galvannealing est assurée manuellement par un opérateur, à partir d'un examen visuel de la surface de la bande à la fin du traitement.
La technique actuelle présente dès lors des inconvénients de deux ordres.
D'une part, la conduite du processus est hasardeuse, car le cycle thermique optimal de galvannealing est mal connu et l'opérateur ne dispose d'aucune mesure, par exemple de température ou de teneur en fer de la surface. D'autre part, l'installation n'est pas utilisée de manière optimale, parce qu'une importante portion de la passe, tant ascendante que descendante, est en fait un parcours improductif, alors que l'essentiel du traitement est réalisé sur la passe ascendante, ce qui limite fortement les durées réalisables pour la phase de maintien à température.
La présente invention a pour but de remédier à cette situation. A cet effet, elle propose une installation pour le traitement d'une bande d'acier galvanisée, qui est mieux utilisée que précédemment et qui permet en particulier de contrôler de manière plus précise et plus fiable les conditions d'exécution d'un traitement de galvannealing.
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Conformément à la présente invention, une installation de traitement d'une bande d'acier galvanisée, qui comporte une cuve contenant un bain de zinc, des premiers rouleaux de renvoi parallèles définissant une trajectoire verticale ascendante de la bande et des seconds rouleaux de renvoi, parallèles auxdits premiers rouleaux de renvoi, définissant une trajectoire verticale descendante de la bande, ainsi que des moyens essoreurs placés après la sortie de ladite cuve sur ladite trajectoire verticale ascendante de la bande, est caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de refroidissement de la bande situés le long d'au moins une partie de ladite trajectoire verticale ascendante ainsi que des moyens de chauffage de la bande et de maintien de ladite bande à une température sensiblement constante,
en ce que lesdits moyens de chauffage et de maintien à température sont situés successivement le long de ladite trajectoire verticale descendante, et en ce qu'une cuve contenant un liquide de refroidissement est située après lesdits moyens de maintien à température.
Avantageusement, ladite cuve contenant un liquide de refroidissement est située à l'extrémité inférieure de ladite trajectoire verticale descendante de la bande.
Selon une forme particulière de réalisation de l'invention, lesdits moyens de refroidissement de la bande sont situés dans la partie supérieure de ladite trajectoire verticale ascendante de la bande, de préférence dans la moitié supérieure de cette trajectoire.
Cette configuration permet de refroidir la bande galvanisée jusqu'à la température requise pour solidifier la couche de zinc et éviter le collage sur les rouleaux de renvoi, juste avant d'effectuer le traitement de galvannealing.
Selon une autre forme de réalisation de l'invention, ledits moyens de refroidissement de la bande sont situés dans la partie inférieure de ladite trajectoire verticale ascendante, de préférence dans la moitié inférieure de cette trajectoire, en particulier immédiatement après lesdits moyens essoreurs.
Avec cette configuration, la bande galvanisée peut être refroidie en un temps très court jusqu'à la température requise pour solidifier la couche de zinc et éviter le collage sur les rouleaux de renvoi. Il est alors intéressant de disposer des rouleaux stabilisateurs après lesdits moyens de refroidissement
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de la bande galvanisée. De tels rouleaux stabilisateurs réduisent les vibrations transversales de la bande dans sa trajectoire verticale ascendante ; ils simplifient de ce fait le respect de l'épaisseur de la couche de zinc, en particulier lorsque les moyens essoreurs sont constitués par des couteaux d'air.
Avantageusement, lesdits moyens de chauffage de la bande comprennent un four à feu direct ou un four à induction. Ces moyens de chauffage s'étendent de préférence au maximum sur le quart supérieur de la trajectoire verticale descendante, et sont capables de réaliser une augmentation de 100'C-250*C de la température de la bande, avec une vitesse supérieure à 10*C/s.
Lesdits moyens de maintien sont généralement constitués d'un tunnel calorifugé, éventuellement équipé de moyens de chauffage, par exemple à l'électricité ou au gaz ; ils occupent de préférence au moins les trois quarts inférieurs de la trajectoire verticale descendante, et ils sont dans tous les cas suffisamment longs pour assurer une durée de maintien à température supérieure à 10 s, et de préférence supérieure à 15 s.
Dans une variante particulière de l'invention, le four de maintien à température comprend aussi bien des moyens de chauffage, en particulier du type précité, que des moyens de refroidissement, par exemple un dispositif de soufflage d'air ou d'un gaz sur la bande ou des tubes traversants refroidis à l'air, de manière à pouvoir adapter rapidement, tant vers le haut que vers le bas, la température de cette section du four lorsque l'on passe du traitement de galvannealing au refroidissement d'une bande galvanisée conventionnelle, ou inversément.
Il est également intéressant que lesdits moyens de maintien à température communiquent avec la cuve de refroidissement, éventuellement avec interposition d'un sas pour éviter que des vapeurs provenant de ladite cuve puissent pénétrer dans les moyens de maintien à température.
Ladite cuve peut encore être pourvue de moyens d'agitation du liquide de refroidissement, tels que des gicleurs immergés, destinés à empêcher la formation d'une couche de vapeur isolante à la surface de la bande revêtue.
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Suivant une caractéristique supplémentaire de l'invention, l'ensemble de l'installation peut être logé à l'intérieur d'une enceinte étanche à l'air qui entoure entièrement, y compris les rouleaux de renvoi supérieurs, la trajectoire de la bande depuis sa sortie du bain de zinc jusqu'à son entrée dans le liquide de refroidissement.
En outre, il peut avantageusement être prévu des moyens d'introduction et de circulation d'un gaz dans au moins une partie de cette enceinte, ainsi que des moyens d'extraction de ce gaz en vue de sa réutilisation.
Dans cette variante, la bande revêtue quitte le bain de zinc à travers un caisson immergé formant siphon, qui communique avec l'enceinte étanche précitée. La bande est essorée au moyen de couteaux d'azote ou d'un autre gaz neutre ou réducteur, puis elle parcourt sa trajectoire dans l'enceinte sous une atmosphère neutre ou réductrice. Le refroidissement de la bande est également effectué au moyen de jets de gaz neutre ou réducteur. Ces gaz protecteurs sont réaspirés soit avant la cuve de refroidissement formant siphon, soit dans cette même cuve, pour être éventuellement réutilisés.
Dans ces conditions, la bande traitée, tant par galvannealing que par la voie conventionnelle, ne subit aucun contact avec l'air pendant le traitement et elle présente une surface brillante dépourvue d'oxydes.
On va maintenant décrire de façon plus détaillée deux variantes de réalisation d'une installation conforme à l'invention, en faisant référence aux dessins annexés dans lesquels la Fig. 1 montre une installation typique de l'état de la technique actuel ; la
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Fig. 2 représente une première variante de réalisation de l'invention ; et la Fig. 3 illustre une autre variante de réalisation de l'invention, avec des rouleaux stabilisateurs dans la trajectoire verticale ascendante de la bande.
Ces figures constituent bien entendu des représentations schématiques, dans lesquelles on n'a volontairement reproduit que les éléments nécessaires à la compréhension de l'invention. Par souci de clarté, des éléments identiques ou analogues sont désignés par les mêmes repères numériques dans toutes les
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figures. Les températures indiquées dans ces figures sont les valeurs de la température de la bande aux endroits considérés de l'installation, soit en galvanisation conventionnelle soit avec galvannealing.
On se réfère en premier lieu à la Fig. 1, qui montre une installation de traitement d'une bande d'acier galvanisée, typique de la technique actuelle.
La bande d'acier 1 provenant d'un four de recuit 2, plonge dans un bain de zinc fondu 3 contenu dans une cuve de galvanisation 4. La bande 1 est déviée par un premier rouleau de renvoi 5, et elle quitte le bain de zinc 3 en direction verticale, en progressant dans le sens de la flèche. A la sortie du bain de zinc 3, elle traverse un dispositif d'essorage 6, constitué généralement par des couteaux d'air, qui règle l'épaisseur de la couche de zinc sur la bande d'acier 1.
Ainsi revêtue, la bande d'acier 1 décrit successivement une trajectoire verticale ascendante jusqu'à un deuxième rouleau de renvoi 7, une trajectoire horizontale jusqu'à un troisième rouleau de renvoi 8, puis une trajectoire verticale descendante vers une opération ultérieure.
Dans la partie inférieure de la trajectoire verticale ascendante, c'est-àdire peu après le dispositif d'essorage 6, est disposé un four rétractable 9. Ce four 9 comporte une section de chauffage 10 suivie d'une section de maintien à température Il. Il permet d'opérer le chauffage de la bande et son maintien à la température choisie pour provoquer la migration du fer dans le zinc qui caractérise le traitement de galvannealing. L'ensemble de ce four 9 est rétractable afin de pouvoir produire des bandes d'acier galvanisées de manière conventionnelle, sans traitement de galvannealing ; en particulier, ce four peut faire place à d'autres engins, tels que par exemple une installation de fleurage minimum, souvent utilisée en galvanisation conventonnelle.
La température de la bande est d'environ 450*C-480*C après l'essorage ; elle est ensuite portée à environ 550*C par l'opération de galvannealing dans le four 9.
Au-dessus du four 9, c'est-à-dire dans la partie supérieure de la trajectoire verticale ascendante, l'installation conventionnelle comporte un dispositif 12 de refroidissement de la bande d'acier galvanisée, qui se compose généralement d'un groupe de ventilateurs de soufflage d'air.
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Ce dispositif 12 assure le refroidissement de la bande galvanisée, éventuellement après galvannealing, jusqu'à une température suffisamment basse pour éviter qu'elle colle sur les rouleaux de renvoi. Cette température est de 330*C au maximum.
Un second groupe de ventilateurs 13 est installé dans la partie supérieure de la trajectoire verticale descendante ; il achève le refroidissement de la bande d'acier galvanisée jusqu'à la température requise pour les opérations ultérieures, telles que skin-pass, traitement de surface, réenroulage.
Dans une telle installation, l'opération de galvannealing est mal contrôlée ; de plus, le refroidissement de la bande revêtue est peu efficace. Il en résulte notamment des difficultés concernant d'une part la régulation du traitement et d'autre part la maîtrise de la composition de l'alliage fer-zinc, en particulier sur des bandes d'acier épaisses avec une faible épaisseur de zinc.
Ces problèmes sont résolus par l'installation qui fait l'objet de l'invention, dont des variantes de réalisation sont illustrées dans les Fig. 2 et 3 et décrites ci-dessous.
Ces deux variantes ne diffèrent pas de la technique antérieure en ce qui concerne la galvanisation proprement dite de la bande, ainsi que l'essorage de la couche de zinc.
La différence essentielle porte sur l'emplacement du four de galvannealing qui, conformément à l'invention, est situé sur la trajectoire verticale descendante de la bande d'acier galvanisée.
Dans la variante représentée dans la Fig. 2, on a conservé le dispositif de refroidissement 12 dans la partie supérieure de la trajectoire verticale ascendante. Ce dispositif assure, dans tous les cas, le refroidissement de la bande galvanisée de 450. C à 330*C maximum.
Le four 9, composé de la section de chauffage 10 et de la section de maintien à température 11, est installé le long de la trajectoire verticale descendante. Sous ce four 9 est disposée une cuve 14 contenant un liquide de refroidissement, dans lequel est immergé un rouleau de renvoi inférieur 15.
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Le four de chauffage est construit de manière à présenter une très faible inertie thermique, afin de pouvoir s'adapter rapidement aux variations de marche de la ligne de galvanisation ; il peut de ce fait n'être pas rétractable, ce qui en diminue le coût. C'est le cas particulièrement si le four de chauffage est un four à induction avec des inducteurs refroidis à l'eau, ce qui permet de passer sans transition d'un produit"galvannealed"à une bande galvanisée conventionnelle.
De préférence, le four 9 communique avec la cuve 14, avec laquelle il peut former un siphon qui empêche toute entrée d'air extérieur dans le four 9.
En galvanisation conventionnelle, le four 9 n'est pas utilisé et la bande galvanisée se refroidit légèrement dans la trajectoire verticale descendante. En cas de galvannealing, la bande est réchauffée et maintenue à environ 500. C dans le four 9. La température de 5000C n'est donnée qu'à titre indicatif ; dans la pratique, cette température est comprise entre 42S. C et 575. C.
Dans les deux cas, la bande galvanisée est alors refroidie rapidement jusqu'à la température ambiante par immersion dans le liquide de refroidissement contenu dans la cuve 14.
Celle-ci comporte avantageusement des gicleurs immergés 16, situés dans la région de l'entrée de la bande 1 dans le liquide de refroidissement, pour agiter ce liquide et empêcher la formation d'un film de vapeur isolant à la surface de la bande 1. La bande traitée est ensuite envoyée vers une opération ultérieure non précisée.
La variante illustrée dans la Fig. 3 est semblable à celle de la Fig. 2 en ce qui concerne d'une part la galvanisation proprement dite et d'autre part l'emplacement du four de galvannealing 9.
Dans cette variante, le dispositif de refroidissement 12 a été ramené dans la partie inférieure de la trajectoire verticale ascendante, c'est-à-dire immédiatement après le dispositif d'essorage 6. Ce dispositif assure le refroidissement de la bande galvanisée de 450'C à environ 330. C.
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Après le dispositif de refroidissement 12 sont montés des rouleaux stabilisateurs 17, qui réduisent les vibrations transversales de la bande galvanisée 1 et facilitent le réglage de l'épaisseur de la couche de zinc par le dispositif d'essorage 6.
Dans les installations conventionnelles, la longueur de la trajectoire verticale ascendante (5,7) ne peut actuellement pas dépasser quarante à cinquante mètres, notamment en raison de vibrations transversales de la bande et de la difficulté de régler l'épaisseur du revêtement. En plus, la présence nécessaire d'un dispositif de refroidissement (12) avant le premier rouleau de renvoi (7) limite l'espace disponible pour le four de galvannealing (9).
En déplaçant le four de galvannealing (9) dans la trajectoire verticale descendante (8, 15), l'invention permet d'allonger sensiblement la durée du maintien à température, ce qui facilite le réglage des températures et la conduite du traitement. En outre, il est ainsi possible d'effectuer le refroidissement final de la bande galvanisée, avec ou sans galvannealing, en un temps très court qui est favorable à la qualité du revêtement,