EP0685004A1 - Methods and plants for continuously producing a plurality of metal alloy coatings on a steel tape - Google Patents

Methods and plants for continuously producing a plurality of metal alloy coatings on a steel tape

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Publication number
EP0685004A1
EP0685004A1 EP94907597A EP94907597A EP0685004A1 EP 0685004 A1 EP0685004 A1 EP 0685004A1 EP 94907597 A EP94907597 A EP 94907597A EP 94907597 A EP94907597 A EP 94907597A EP 0685004 A1 EP0685004 A1 EP 0685004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strip
product
coating
mixture
heating
Prior art date
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Ceased
Application number
EP94907597A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Michel Bretez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fabrique de Fer de Maubeuge
Original Assignee
Fabrique de Fer de Maubeuge
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fabrique de Fer de Maubeuge filed Critical Fabrique de Fer de Maubeuge
Publication of EP0685004A1 publication Critical patent/EP0685004A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat

Definitions

  • the present invention relates to methods and installations for producing a metal-based coating on a continuous steel strip and for rapidly changing the nature of the coating either consecutively or by producing a multilayer coating.
  • the number of possible coatings is limited to a small number of alloys whose melting point is less than 700 ° C. They are essentially alloys based on zinc or zinc and aluminum.
  • the kinetics of metallurgical reactions in the bath is also very difficult to assess and control.
  • There is indeed a diffusion of iron in the bath in solution and a diffusion of zinc and / or aluminum on the surface of the strip which create an extremely complex and variable reaction environment in time, which one cannot control the settings.
  • the conduct of a hot-dip galvanizing line can therefore only be done by trial and error by making permanent adjustments to certain parameters determined by experience, depending on the bath product.
  • the thickness of the coating is generally adjusted by wringing in air or with nitrogen, by means of blowing nozzles discharging the excess of liquid metal towards the bath.
  • One of the unsolved problems of this operation is the excess coating which remains on the edges of the strip. This extra thickness must be eliminated to allow correct winding of the coated strip. Elimination is generally mechanical
  • this method of producing a coated sheet can only be a single product. It is indeed difficult to change the type of coating on the same line. This requires stopping production and a special installation for changing either the molten metal bath or the tank that contains it. It is then necessary to empirically adjust the parameters of the line to its new operating conditions.
  • control of this diffusion conditions the quality of the coating to be obtained depending on the destination of the product (weldability, ability to paint, ability to deform, etc.) and none of the known methods has used means allowing the control and action on this parameter, other than the processing time, which is not an easy parameter to modify or adjust in industrial production.
  • the invention intends to meet all of these needs by proposing methods and installations for continuously manufacturing preferably flat, ferrous, coated products which allow rapid passage from one coating to another, to produce products. difficult to carry out industrially by known techniques and to manufacture new products thanks to the flexibility of the implementation of the means of the invention which allow modification and rapid and simple control of the operating parameters of the installation influencing the metallurgical properties of the products.
  • the first object of the invention is to process for the continuous production of a ferrous strip substrate covered with a protective material based on a metal alloy comprising a series of steps consisting in:
  • this cooling step being carried out by contacting the product under adjustable pressure with temperature-regulated rollers.
  • FeZn ⁇ alloy is the one which will become preponderant if the physicochemical diffusion reaction is allowed to flourish.
  • this alloy which has qualities, for example for the weldability of the coated product, has the serious drawback of being brittle and when it is present at the coating substrate interface under too great a thickness, harms the good resistance of the coating to the right in particular of a fold that the product is brought to undergo during a subsequent forming or profiling operation.
  • one of the first means of the invention consisting of cooling in a controlled manner the product from the heat treatment oven.
  • the step of extracting the components from the mixture and the product is heated by rapid heating, using either induction or conduction (Joule effect) or heating by microwave ...
  • the use in the process according to the invention of such rapid heating means known in themselves is not however a simple substitution of known means.
  • the characteristic for example of an induction or conduction heating is the brutality of the rise in temperature of the heated element.
  • the heated element is a product coated with a layer comprising in particular organic solvents, which it has been feared that by vaporizing or even degrading by combustion, suddenly, they carry with them the solid particles. before they have had time to achieve their own coherence.
  • this has shown that this was not the case. It has even been found that this sudden heating does not harm the densification of the coating which takes place as a result of the rise in temperature.
  • step d Extraction of the components of the mixture and heating of the product is carried out in an antioxidant atmosphere.
  • the process of the invention comprises a step prior to the heat treatment of compacting the coating deposited by coating.
  • This is a purely mechanical treatment to reduce the intergranular distances and the porosity of the coating.
  • This compaction can also be carried out with a slight addition of heat to increase the activity of the surface atoms of each grain.
  • Another result of this preliminary compaction lies in the rupture of the oxide "shell" which may exist around each grain. This operation increases the probability and the speed of creation of bridges by diffusion between grains.
  • the method according to the invention makes it possible to coat a ferrous substrate with a metal or a metal alloy from a powder in which a powdery metallic filler is incorporated.
  • This filler may for example be silica which is known to have advantageous properties as regards resistance to corrosion.
  • the method of the invention has the further advantage of being able to pass quickly from a given coating to another coating on the same substrate. It can therefore lead to the easy implementation of a successive, continuous manufacturing process for a plurality of products from a single ferrous substrate in a strip, each of these products being distinguished from another by the different nature of its coating.
  • This second method consists, between the production of two products, in continuing to scroll the strip while it is carried out the change of mixture to be applied thereon and to modify parameters relating to the heat treatment and the cooling of the coated strip according to the nature of the new mixture.
  • the basic process according to the invention can be implemented industrially on a short in-line installation, it can lead to a third manufacturing process continuously of a ferrous product in a strip covered with at least two protective materials based on different metal alloys, so much to repeat on the product obtained by the implementation of a series of treatment steps, the same series of steps using a second liquid mixture charged with a different metal powder.
  • the succession of coatings will be arranged so that the melting temperature of the most meltable majority component of the second powder is higher than the melting temperature of the least meltable majority component of the powder used to make the previous coating.
  • the invention has other objects as instal ⁇ lations for implementing each of the above methods.
  • One of these installations comprises between a unwinding station of a reel of ferrous material in a strip and a winding station of a reel of coated material, defining a processing line,
  • the path of the strip of ferrous substrate being vertical at least between the coating device and the calendering device.
  • the installation comprises between the device coating and the oven, a device for compacting the coating.
  • the compaction will be carried out after a device for drying the coating forming a solvent elimination oven.
  • the coating device will be removable laterally with respect to the line of travel of the strip.
  • the installation may comprise, between the calendering device and the winding station, at least a second coating device, at least a second induction furnace and at least a second calendering device with cooled rollers. .
  • FIG. 1 is a diagram of a first instal ⁇ lation for implementing the basic method according to the invention adapted to the production of several consecutive coatings on a continuous metal strip;
  • FIG. 2 is a graph of a thermal cycle performed by applying the method of one invention
  • Figure 3 is an alternative embodiment of the installation of Figure 1;
  • FIG. 4 is a graph of the thermal cycle obtainable with the variant of Figure 3;
  • FIG. 5 is a diagram of a second installa ⁇ tion according to the invention adapted to the production of multilayer coatings.
  • the strip 1 coming from an unwinding reel 2 first undergoes a surface preparation operation in a degreasing station 3. It then follows a vertical path on which, from upstream to downstream in the direction of travel, a coating station is arranged. 4, an oven 5 and a calendering device 6. It is finally wound on a winding station E.
  • the coating station 4 is constituted as a roller painting machine, known in itself, fed by a slip whose consistency is close to that of a paint.
  • This slip is preferably produced by dispersing a fine metallic powder (the particle size being of the order of 5 ⁇ ) in an organic mixture of solvents, binders and dispersants.
  • the solvents are of the type used in the field of painting (toluè ⁇ ne, ethanol, acetone, ether ...) with the main selection criterion, the rate of evaporation so that they are not too volatile for avoid too rapid drying and a risk of coating the coating.
  • the dispersant is also of the type conventionally used in the field of paints, that is to say having macromolecules.
  • binder As for the binder, its choice will be made, for example, from acrylic resins. Avoid any product that may present risks of bubbling.
  • the coated strip is then introduced into an induction heat treatment oven 5.
  • This oven 5 comprises an enclosure 7 for confining a protective atmosphere introduced by the supply conduits 8 and extracted from the oven by the outlet conduit 9.
  • the section of the conduit 9 will be significantly higher than that of the inlet conduits because it is necessary to extract, in addition to the gas from the controlled atmosphere, the gaseous products resulting from one evaporation of the solvent and from the combustion of the binder and dispersant.
  • the gaseous atmosphere introduced into the enclosure 7 of the furnace is essentially nitrogen with the addition of a few percent of hydrogen.
  • the reference 10 shows the heating inductor (s) of the strip which can be in several sections. Tests have shown that, in particular with cross-flow inductors, it is possible to obtain an extremely rapid increase in the temperature of the strip.
  • the strip is introduced into a calenderer 6 formed from a plurality of rollers 11 for applying an adjustable pressure (by members symbolized at 12) on the strip, these rollers 11 being cooled, for example by internal circulation of water.
  • the calendarer is also enclosed in an enclosure 13 in which a protective atmosphere, in particular an antioxidant atmosphere (nitrogen for example) is established.
  • the strip from the calendering machine is at a temperature of the order of 250 °, after having been brought into the oven 5 at a temperature between 400 and 800 ° depending on the nature of the coating that it is desired to obtain.
  • FIG. 2 there is shown the thermal cycle undergone by the strip in the oven and calendering assembly. Due to induction heating, the temperature rise of the strip is extremely rapid (of the order of a few seconds). During this phase there is a vaporization of the solvents and a pyrolysis of all the organic molecules. It should be noted in this regard that the nitrogen flow rate must be very high so that there is in the oven a significant dilution of the organic products in order to avoid the deposition of carbon on the strip and the walls of the oven.
  • the temperature of the product reaches a plateau Tl, the value of which depends on the nature of the powder and on its melting point, during which a densification of the powder first occurs by rearrangement of the grains due to 1 ' thermal activation which they undergo, of the desorption of gases and of the diffusion which settles between them. This densification is also improved in the presence of hydro- gene in the furnace atmosphere.
  • FIG. 3 there is shown an alternative embodiment of the installation of Figure 1 in which the oven has two stages: the first stage 14 is assigned to the "drying" of the slip (debinding and start of pyrolysis of organic components) in order to be able to carry out a compaction using pressing rollers 15 of the dried slip.
  • the first stage 14 is assigned to the "drying" of the slip (debinding and start of pyrolysis of organic components) in order to be able to carry out a compaction using pressing rollers 15 of the dried slip.
  • the coating devices shown serve to coat both sides of the strip. It is quite possible to cover only one side, the other being in contact with a support roll facing the coating roll.
  • the pressure of the calendering rollers 11 is adjustable as a function essentially of the surface quality of the coating to be obtained.
  • a low pressure leaves a granular coating capable of receiving a paint. Higher pressure smoothes the surface of the latter.
  • FIG. 5 shows a complex installation making it possible to produce multi-layer products. It is in fact between the winding stations 2 and unwinding E, a duplication of the means of Figure 3, to apply to a product already coated a second slip different from the first which will form a second coating , with intermetallics between the first and second coating or which will form a surface intermetallic alloy on the first coating.
  • a duplication of the means of Figure 3 to apply to a product already coated a second slip different from the first which will form a second coating , with intermetallics between the first and second coating or which will form a surface intermetallic alloy on the first coating.
  • a zinc slip we managed to obtain a brass-like coating.
  • Similar processing means in this figure have the same references as in the previous figures with the indices a and b depending on whether it is the first or the second coating layer.
  • the heating means described is a longitudinal or transverse induction oven depending on the temperature level to be reached. It is not outside the scope of the invention to provide rapid heating by other means such as for example conduction.
  • the furnace 5 is fitted, instead of the inductors 10, with metal rollers in contact with the strip coated with the slip, either by its uncoated side if it is a one side coating. , or by means of the slip itself which is conductive, between which a difference in electrical potential is established.
  • the value of this potential difference and the distance between the rollers forming the supply terminals are some of the adjustable parameters that allow the characteristics of the heater to be adjusted.

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Abstract

The method and the plant for continuously producing a ferrous tape substrate (1) coated with a protection material of metal alloy, comprise a series of steps which are carried out in each of the stations of the plant and which consist in: preparing a dispersion of metal alloy powder in a liquid mixture; applying at a coating station (4) the mixture thus prepared on at least one face of the tape (1) of the substrate; passing the tape or band thus coated in a heat treatment oven (5) in order to remove the volatile components of the liquid mixture and to heat the product; cooling the product at the calandering station (6) comprising temperature-regulated rollers (11) brought to pressure contact with the coated band.

Description

1 1
Procédés et installations pour réaliser en continu plusieurs revêtements à base d'alliage métallique sur une bande d'acier.Methods and facilities for continuously ultiple p l coatings based metal alloy on a steel strip.
La présente invention concerne des procédés et des installations pour réaliser un revêtement à base métallique sur une bande d'acier continue et pour changer rapidement la nature du revêtement soit cons cutivement, soit en réalisant un revêtement multicouches.The present invention relates to methods and installations for producing a metal-based coating on a continuous steel strip and for rapidly changing the nature of the coating either consecutively or by producing a multilayer coating.
On connaît plusieurs méthodes pour revêtir une bande d'acier continue d'un revêtement métallique afin, notamment, de la protéger contre la corrosion et/ou de lui conférer un aspect de surface déterminé. Le procédé le plus ancien est la métallisation au trempé. Dans une mise en oeuvre en continu, il consiste à faire défiler la bande dans un bain métallique fondu (zinc, alliage de zinc, aluminium, ...), à essorer l'excédent de métal liquide entraîné par la bande à la sortie du bain, à refroidir le produit revêtu pour solidifier le revêtement et éventuellement à appliquer un traitement thermique au produit revêtu pour en modifier ou améliorer les caractéristiques. Ce procédé reste le procédé le plus économique dans le cadre d'une production de masse mais il souffre de limites intrin- sèques qui tiennent essentiellement à la nature et à la métallurgie des réactions mises en oeuvre.Several methods are known for coating a continuous steel strip with a metallic coating in order, in particular, to protect it against corrosion and / or to give it a determined surface appearance. The oldest method is dip metallization. In a continuous implementation, it consists of running the strip through a molten metal bath (zinc, zinc alloy, aluminum, etc.), wringing off the excess liquid metal entrained by the strip at the outlet of the bath, cooling the coated product to solidify the coating and optionally applying a heat treatment to the coated product to modify or improve its characteristics. This process remains the most economical process in the context of mass production, but it suffers from intrinsic limits which are essentially due to the nature and metallurgy of the reactions carried out.
Tout d'abord le nombre des revêtements possibles est limité à un petit nombre d'alliages dont le point de fusion est inférieur a 700°C. Il s'agit essentiellement d'alliages à base de zinc ou de zinc et d'aluminium. La cinétique des réactions métallurgiques dans le bain est en outre très difficile à apprécier et à maîtriser. Il se produit en effet une diffusion de fer dans le bain en solution et une diffusion de zinc et/ou d'aluminium à la surface de la bande qui créent un environnement réactionnel extrêmement complexe et variable dans le temps, dont on ne peut pas maîtriser les paramètres. La conduite d'une ligne de galvanisation à chaud ne peut donc s'opérer que par tâtonne¬ ment en procédant à des ajustements permanents de certains paramètres déterminés par l'expérience et ce, en fonction du produit issu du bain. A l'heure actuelle la tendance est à utiliser des alliages les plus purs possibles pour écarter l'influence des impuretés sur la qualité du dépôt et donc diminuer les paramètres incontrôlables de l'environnement réactionnel de la bande dans le bain. Cette contrainte renchérit le coût de production sans pour autant être pleinement satisfaisante, la pollution du bain par le fer restant l'une des questions majeures sans réponse.First of all, the number of possible coatings is limited to a small number of alloys whose melting point is less than 700 ° C. They are essentially alloys based on zinc or zinc and aluminum. The kinetics of metallurgical reactions in the bath is also very difficult to assess and control. There is indeed a diffusion of iron in the bath in solution and a diffusion of zinc and / or aluminum on the surface of the strip which create an extremely complex and variable reaction environment in time, which one cannot control the settings. The conduct of a hot-dip galvanizing line can therefore only be done by trial and error by making permanent adjustments to certain parameters determined by experience, depending on the bath product. At present, the tendency is to use the purest alloys possible to eliminate the influence of impurities on the quality of the deposit and therefore reduce the uncontrollable parameters of the reaction environment of the strip in the bath. This constraint increases the cost of production without being fully satisfactory, the pollution of the bath by iron remaining one of the major questions unanswered.
Outre les problèmes métallurgiques d'une galvanisa- tion à chaud en continu, dont le rappel ci-dessus est loin d'être exhaustif, ce procédé connu présente des limites du fait même des traitements ultérieurs de la bande dès sa sortie du bain.In addition to the metallurgical problems of continuous hot-dip galvanizing, the abovementioned reminder of which is far from being exhaustive, this known process has limits due to the very fact of the subsequent treatments of the strip as soon as it leaves the bath.
Le réglage de 1'épaisseur du revêtement est généralement réalisé par essorage à l'air ou à l'azote, au moyen de buses de soufflage refoulant l'excédent de métal liquide en direction du bain. L'un des problèmes non résolus de cette opération est la surépaisseur de revêtement qui subsiste sur les rives de la bande. Cette surépaisseur doit être éliminée pour permettre un enroulement correct de la bande revêtue. L'élimination est généralement mécaniqueThe thickness of the coating is generally adjusted by wringing in air or with nitrogen, by means of blowing nozzles discharging the excess of liquid metal towards the bath. One of the unsolved problems of this operation is the excess coating which remains on the edges of the strip. This extra thickness must be eliminated to allow correct winding of the coated strip. Elimination is generally mechanical
(écrasement ou refendage) ce qui implique une opération supplémentaire à réaliser dans le processus de production.(crushing or slitting) which implies an additional operation to be carried out in the production process.
Enfin cette méthode de production d'une tôle revêtue ne peut être que monoproduit. Il est en effet difficile de changer de type de revêtement sur une même ligne. Cela demande l'arrêt de la production et une installa¬ tion spéciale pour changer, soit le bain de métal fondu, soit la cuve qui le contient. Il est ensuite nécessaire d'ajuster empiriquement les paramètres de la ligne à ses nouvelles conditions de fonctionnement.Finally, this method of producing a coated sheet can only be a single product. It is indeed difficult to change the type of coating on the same line. This requires stopping production and a special installation for changing either the molten metal bath or the tank that contains it. It is then necessary to empirically adjust the parameters of the line to its new operating conditions.
On connaît également le dépôt électrolytique d'un revêtement métallique sur une base également métallique. Cette méthode est cependant d'un coût plus élevé et est réservée à des applications plus nobles que les produits issus d'une galvanisation à chaud. Il existe également une nombreuse littérature décrivant des techniques de revêtement par enduction ou pulvérisation d'une poudre métallique en suspension dans un liant en solution organique ou aqueuse. La base métallique est généralement revêtue à froid puis le produit subit un traitement thermique additionné d'un traitement mécanique pour éliminer le liant (avec le solvant) et provoquer une diffusion du métal pulvérulent d'une part dans la base métallique et d'autre part entre les grains qui le composent, pour obtenir un revêtement uniforme plus ou moins poreux selon la nature du revêtement et les caractéris¬ tiques du cycle thermique appliqué au produit enduit. Cette technique est, par exemple, illustrée par le document US-A-3 769 068 qui décrit le revêtement d'une bande métallique a base de fer avec une bouillie aqueuse chargée d'une poudre d'aluminium.Also known is the electrolytic deposition of a metallic coating on an also metallic base. This method is however of higher cost and is reserved for applications nobler than the products from hot-dip galvanizing. There is also a large literature describing techniques for coating by coating or spraying a metal powder in suspension in a binder in organic or aqueous solution. The metal base is generally cold coated then the product undergoes a heat treatment added with a mechanical treatment to remove the binder (with the solvent) and cause diffusion of the powdery metal on the one hand in the metal base and on the other hand between the grains which compose it, in order to obtain a more or less porous uniform coating depending on the nature of the coating and the characteristics of the thermal cycle applied to the coated product. This technique is, for example, illustrated by document US-A-3,769,068 which describes the coating of an iron-based metal strip with an aqueous slurry charged with aluminum powder.
Aucune de ces techniques utilisant le dépôt d'une barbotine ou d'une bouillie n'a réellement vu le jour au plan industriel. Cette absence d'exploitation industrielle tient principalement au fait que le produit revêtu par cette méthode ne répond pas de manière satisfaisante aux exigences et aux contraintes sévères auxquelles est soumis un tel produit, notamment en ce qui concerne sori aptitude à la déformation. En effet lors d'un pliage, le revêtement a tendance à s'écailler ou à se fendiller en découvrant des zones qui constituent des amorces de corrosion. Par ailleurs, le temps de traitement pour obtenir une diffusion mutuelle de la matière du substrat et de celle du revêtement, est souvent trop long pour qu'une production industrielle de masse puisse être envisagée de manière économique. En outre la maîtrise de cette diffusion conditionne la qualité du revêtement à obtenir selon la destination du produit (soudabilité, aptitude à la peinture, aptitude à la déformation ...) et aucun des procédés connus n'a mis en oeuvre des moyens permettant le contrôle et l'action sur ce paramètre, autre que le temps de traitement qui n'est pas un paramètre aisé à modifier ou à ajuster en production industrielle.None of these techniques using the deposit of a slip or a slurry has really emerged on an industrial level. This absence of industrial exploitation is mainly due to the fact that the product coated by this method does not satisfactorily meet the severe requirements and constraints to which such a product is subjected, in particular with regard to its aptitude for deformation. In fact, during a folding, the coating tends to flake or crack by discovering zones which constitute corrosion primers. Furthermore, the processing time to obtain a mutual diffusion of the material of the substrate and that of the coating, is often too long for mass industrial production to be envisaged economically. In addition, the control of this diffusion conditions the quality of the coating to be obtained depending on the destination of the product (weldability, ability to paint, ability to deform, etc.) and none of the known methods has used means allowing the control and action on this parameter, other than the processing time, which is not an easy parameter to modify or adjust in industrial production.
On mentionnera également des études récentes qui ont montré qu'une dispersion dans un revêtement de zinc ou d'alliage de zinc de particules minérales telles que de la silice ou de l'alumine, a un effet très favorable sur la résistance à la corrosion des produits ainsi revêtus. Ces études ont porté sur une galvanisation par électrodéposition. Or ce procédé est relativement coûteux par rapport à la galvanisation à chaud dans lequel il n'est pas industrielle¬ ment possible de disposer d'un bain d'alliage fondu chargé de particules minérales sans maintenir ce bain sous une agita¬ tion constante pour garder une dispersion homogène des particules au sein du bain. Il existe donc un besoin non satisfait d'un procédé de revêtement économique du point de vue de sa mise en oeuvre, grâce auquel on peut obtenir une résistance améliorée à la corrosion conformément aux résul¬ tats des études récentes.Mention will also be made of recent studies which have shown that dispersion in a coating of zinc or of zinc alloy of mineral particles such as silica or alumina, has a very favorable effect on the corrosion resistance of products thus coated. These studies focused on electroplating galvanization. However, this process is relatively expensive compared to hot-dip galvanizing in which it is not industrially possible to have a bath of molten alloy loaded with mineral particles without maintaining this bath under constant agitation to keep a homogeneous dispersion of the particles within the bath. There is therefore an unmet need for an economical coating process from the point of view of its implementation, by means of which an improved resistance to corrosion can be obtained in accordance with the results of recent studies.
Enfin la demande industrielle de produits nouveaux et variés implique, pour un producteur, de disposer d'un outil unique capable de fabriquer plusieurs produits sans que les opérations d'adaptation de l'outil au produit à fabriquer soit trop longues et/ou trop complexes, donc trop coûteuses.Finally, the industrial demand for new and varied products implies, for a producer, to have a single tool capable of manufacturing several products without the operations of adapting the tool to the product to be manufactured being too long and / or too complex. , so too expensive.
L'invention entend répondre à l'ensemble de ces besoins en proposant des procédés et des installations pour fabriquer en continu des produits de préférence plats, ferreux, revêtus qui permettent de passer rapidement d'un revêtement à l'autre, de réaliser des produits difficiles à réaliser industriellement par les techniques connues et de fabriquer des produits nouveaux grâce à la souplesse de la mise en oeuvre des moyens de 1'invention qui autorisent une modification et une maîtrise rapide et simple des paramètres de fonctionnement de l'installation influant sur les proprié¬ tés métallurgiques des produits. A cet effet l'invention a pour premier objet un procédé de fabrication en continu d'un substrat ferreux en bande recouvert d'un matériau de protection à base d'alliage métallique comportant une série d'étapes consistant à :The invention intends to meet all of these needs by proposing methods and installations for continuously manufacturing preferably flat, ferrous, coated products which allow rapid passage from one coating to another, to produce products. difficult to carry out industrially by known techniques and to manufacture new products thanks to the flexibility of the implementation of the means of the invention which allow modification and rapid and simple control of the operating parameters of the installation influencing the metallurgical properties of the products. To this end, the first object of the invention is to process for the continuous production of a ferrous strip substrate covered with a protective material based on a metal alloy comprising a series of steps consisting in:
- préparer une dispersion de poudre de cet alliage métallique dans un mélange liquide,- prepare a powder dispersion of this metal alloy in a liquid mixture,
- appliquer du mélange ainsi constitué sur au moins une face de la bande de substrat,- applying the mixture thus formed on at least one face of the strip of substrate,
- passer la bande ainsi revêtue dans un four de traitement thermique pour extraction des composants volatiles du mélange liquide et chauffage du produit,- pass the strip thus coated in a heat treatment oven for extraction of the volatile components from the liquid mixture and heating of the product,
- refroidir le produit, cette étape de refroidisse¬ ment étant réalisée par contact du produit sous pression réglable avec des rouleaux régulés en température.- cooling the product, this cooling step being carried out by contacting the product under adjustable pressure with temperature-regulated rollers.
L'expérimentation a montré que le passage d'un revêtement de type peinture c'est-à-dire comportant une poudre métallique en suspension dans une solution, à un revêtement de type galvanisation, s'effectue en plusieurs stades dont il faut respecter la chronologie et maîtriser les différents paramètres afin de ne pas laisser se développer des phénomènes indésirables. En particulier le dernier stade de cette transformation est celui de la diffusion des atomes de revêtement à 1'intérieur de la structure cristalline du substrat et bien entendu, la diffusion inverse. Ces diffu¬ sions sont nécessaires à "l'accrochage" du revêtement au substrat au sens physico-chimique du terme, c'est-à-dire la formation d'un alliage à l'interface. La maîtrise de la quantité et de la qualité de cet alliage est extrêmement importante car elle conditionne la qualité du revêtement.Experimentation has shown that the transition from a coating of paint type, that is to say comprising a metal powder suspended in a solution, to a coating of galvanization type, takes place in several stages, the chronology and master the different parameters so as not to allow undesirable phenomena to develop. In particular, the last stage of this transformation is that of the diffusion of the coating atoms inside the crystal structure of the substrate and, of course, the reverse diffusion. These diffusions are necessary for the "attachment" of the coating to the substrate in the physico-chemical sense of the term, that is to say the formation of an alloy at the interface. Controlling the quantity and quality of this alloy is extremely important because it conditions the quality of the coating.
Si on prend par exemple le cas des alliages fer- zinc, on sait qu'il en existe plusieurs et que tous n'ont pas les propriétés souhaitées. L'alliage FeZn δ est celui qui deviendra prépondérant si on laisse prospérer la réaction physico-chimique de diffusion. Or cet alliage qui présente des qualités par exemple pour la soudabilité du produit revêtu, présente le grave inconvénient d'être cassant et lorsqu'il est présent à l'interface substrat revêtement sous une épaisseur trop importante, nuit à la bonne tenue du revêtement au droit notamment d'une pliure que le produit est amené à subir lors d'une opération de formage ou de profilage ultérieure. Aussi, non seulement dans le cas du zinc mais également dans le cas d'autres métaux, il est indispensable de contrôler la croissance des alliages intermétalliques, donc de maîtriser les phénomènes de diffusion d'où l'un des premiers moyens de l'invention consistant à refroidir de manière contrôlée le produit issu du four de traitement thermique.If we take for example the case of iron-zinc alloys, we know that there are several and that not all have the desired properties. The FeZn δ alloy is the one which will become preponderant if the physicochemical diffusion reaction is allowed to flourish. However, this alloy which has qualities, for example for the weldability of the coated product, has the serious drawback of being brittle and when it is present at the coating substrate interface under too great a thickness, harms the good resistance of the coating to the right in particular of a fold that the product is brought to undergo during a subsequent forming or profiling operation. Also, not only in the case of zinc but also in the case of other metals, it is essential to control the growth of intermetallic alloys, therefore to control the diffusion phenomena, hence one of the first means of the invention consisting of cooling in a controlled manner the product from the heat treatment oven.
Selon une autre caractéristique de l'invention l'étape d'extraction des composants du mélange et le chauf¬ fage du produit est réalisée par échauffement rapide mettant en oeuvre soit l'induction, soit la conduction (effet Joule) soit 1'échauffement par micro-ondes...According to another characteristic of the invention, the step of extracting the components from the mixture and the product is heated by rapid heating, using either induction or conduction (Joule effect) or heating by microwave ...
L'emploi dans le procédé selon l'invention de tels moyens de chauffage rapide connus en eux-mêmes n'est cepen¬ dant pas qu'une simple substitution de moyens connus. En effet la caractéristique par exemple d'un chauffage à induc¬ tion ou par conduction est la brutalité de l'élévation de température de l'élément chauffé. Dans le cas présent l'élément chauffé est un produit revêtu d'une couche compor¬ tant des solvants notamment organiques, dont on a pu craindre qu'en se vaporisant voire en se dégradant par combustion, brutalement, ils entraînent avec eux les particules solides métalliques avant que celles-ci n'aient eu le temps d'attein¬ dre une cohérence propre. Or l'expérimentation a montré qu'il n'en était rien. On a même constaté que cet échauffement brutal ne nuit pas à la densification du revêtement qui s'opère en conséquence de l'élévation de température. Celle- ci en effet engendre un phénomène de désorption des gaz retenus en superficie des grains qui se réorganisent en un amalgame moins poreux. En outre un chauffage rapide permet de favoriser la création d'une diffusion entre les grains de poudre du revêtement, initiant un phénomène de frittage par réticula- tion de ces grains de poudre entre eux, de manière prépondé¬ rante à la formation d'alliages intermétalliques c'est-à-dire d'une diffusion des atomes de substrat dans le revêtement et inversement. Le chauffage par induction conduit donc avanta¬ geusement à une limitation de cette diffusion intermétallique sans présenter l'inconvénient que l'on pourrait craindre du fait de la vaporisation intense des composants du mélange. Cette constatation a permis d'envisager sereine ent une ligne de production industrielle à grande vitesse de défilement sans qu'il soit obligatoire de prévoir des fours de traite¬ ment thermique de longueur prohibitive qui auraient interdit la mise en place d'une ligne de traitement verticale, ce qui est utile pour éviter des contacts nuisibles entre les organes de support et le produit en cours de traitement, si la ligne, parce que longue, avait dû être horizontale.The use in the process according to the invention of such rapid heating means known in themselves is not however a simple substitution of known means. Indeed the characteristic for example of an induction or conduction heating is the brutality of the rise in temperature of the heated element. In the present case, the heated element is a product coated with a layer comprising in particular organic solvents, which it has been feared that by vaporizing or even degrading by combustion, suddenly, they carry with them the solid particles. before they have had time to achieve their own coherence. However, experience has shown that this was not the case. It has even been found that this sudden heating does not harm the densification of the coating which takes place as a result of the rise in temperature. This in fact generates a phenomenon of desorption of the gases retained on the surface of the grains which reorganize into a less porous amalgam. In addition, rapid heating helps promote creation of a diffusion between the powder grains of the coating, initiating a phenomenon of sintering by crosslinking these grains of powder together, predominantly in the formation of intermetallic alloys, that is to say d 'a diffusion of the substrate atoms in the coating and vice versa. Induction heating therefore advantageously leads to a limitation of this intermetallic diffusion without having the disadvantage that one might fear due to the intense vaporization of the components of the mixture. This observation made it possible to envisage serenely an industrial production line with high running speed without it being compulsory to provide heat treatment furnaces of prohibitive length which would have prohibited the establishment of a treatment line. vertical, which is useful to avoid harmful contacts between the support members and the product being processed, if the line, because it was long, had to be horizontal.
Afin de favoriser au maximum l'établissement de ponts entre les grains du revêtement par diffusion d'atomes entre eux sous l'effet de la chaleur, c'est-à-dire afin de préserver leur aptitude à se lier, l'étape d'extraction des composants du mélange et de chauffage du produit est réalisée dans une atmosphère anti-oxydante.In order to maximize the establishment of bridges between the grains of the coating by diffusion of atoms between them under the effect of heat, that is to say in order to preserve their ability to bond, step d Extraction of the components of the mixture and heating of the product is carried out in an antioxidant atmosphere.
En effet, dans cet état activé les grains de poudre ont tendance à s'oxyder très rapidement en surface et la couche d'oxyde dont ils s'entoureraient est une barrière à la diffusion intergranulaire donc à l'établissement des ponts entre grains de métal. On a même constaté qu'en additionnant à cette atmosphère anti-oxydante (par exemple de l'azote) quelques pour cents d'hydrogène (facteur réducteur) on améliore le phénomène de densification du revêtement au début de l'opération de frittage (diffusion interparticulaire) ce qui conduit en final à un revêtement de meilleure qualité.Indeed, in this activated state the grains of powder tend to oxidize very quickly on the surface and the oxide layer with which they surround themselves is a barrier to intergranular diffusion therefore to the establishment of bridges between metal grains . It has even been found that by adding to this antioxidant atmosphere (for example nitrogen) a few percent of hydrogen (reducing factor) the phenomenon of densification of the coating is improved at the start of the sintering operation (diffusion interparticle) which ultimately leads to a better quality coating.
Par ailleurs, pour encore améliorer la densifica- tion et favoriser l'amorçage du frittage initial, le procédé de 1'invention comporte une étape préalable au traitement thermique de compactage du revêtement déposé par enduction. Il s'agit là d'un traitement purement mécanique pour diminuer les distances intergranulaires et la porosité de l'enduit. Ce compactage peut d'ailleurs être réalisé avec un léger apport de chaleur pour augmenter l'activité des atomes de surface de chaque grain. Un autre résultat de ce compactage préalable réside dans la rupture de la "coquille" d'oxyde pouvant exister autour de chaque grain. Cette opération augmente la probabilité et la rapidité de création des ponts par diffu¬ sion entre grains.Furthermore, to further improve densification and promote the initiation of initial sintering, the process of the invention comprises a step prior to the heat treatment of compacting the coating deposited by coating. This is a purely mechanical treatment to reduce the intergranular distances and the porosity of the coating. This compaction can also be carried out with a slight addition of heat to increase the activity of the surface atoms of each grain. Another result of this preliminary compaction lies in the rupture of the oxide "shell" which may exist around each grain. This operation increases the probability and the speed of creation of bridges by diffusion between grains.
Le procédé selon l'invention permet de revêtir un substrat ferreux d'un métal ou d'un alliage métallique à partir d'une poudre dans laquelle est incorporée une charge métallique pulvérulente. Cette charge pourra par exemple être de la silice dont on sait qu'elle présente des propriétés intéressantes en ce qui concerne la résistance à la corro¬ sion.The method according to the invention makes it possible to coat a ferrous substrate with a metal or a metal alloy from a powder in which a powdery metallic filler is incorporated. This filler may for example be silica which is known to have advantageous properties as regards resistance to corrosion.
Il permet également de revêtir le substrat avec un alliage métallique à haut point de fusion, par exemple de l'acier inoxydable. Dans ce cas il pourrait être avantageux d'incorporer dans la poudre de ce mélange un constituant minoritaire à bas point de fusion faisant office de fondant lors du traitement thermique au cours duquel la température maximale du produit n'atteindra pas la température de fusion du constituant majoritaire.It also makes it possible to coat the substrate with a metallic alloy with a high melting point, for example stainless steel. In this case, it could be advantageous to incorporate into the powder of this mixture a minority constituent with a low melting point acting as a flux during the heat treatment during which the maximum temperature of the product will not reach the melting temperature of the constituent. majority.
Le procédé de 1 'invention a pour autre avantage de pouvoir passer rapidement d'un revêtement donné à un autre revêtement sur un même substrat. Il peut donc conduire à la mise en oeuvre aisée d'un procédé de fabrication successive, en continu d'une pluralité de produits à partir d'un substrat ferreux unique en bande, chacun de ces produits se distin¬ guant d'un autre par la nature différente de son revêtement. Ce second procédé consiste, entre la réalisation de deux produits, à continuer de faire défiler la bande pendant qu'il est procédé au changement de mélange à appliquer sur celle-ci et à modifier des paramètres relatifs au traitement thermique et au refroidissement de la bande enduite en fonction de la nature du nouveau mélange. Du fait que, grâce à une montée rapide en tempéra¬ ture et un refroidissement efficace, le procédé de base selon l'invention peut être mis en oeuvre industriellement sur une installation en ligne de faible longueur, il peut conduire à un troisième procédé de fabrication en continu d'un produit ferreux en bande recouvert d'au moins deux matériaux de protection à base d'alliages métalliques différents, consis¬ tant à répéter sur le produit obtenu par la mise en oeuvre d'une série d'étapes de traitement, la même série d'étapes en utilisant un second mélange liquide chargé d'une poudre métallique différente. On disposera la succession des revêtements de manière que la température de fusion du composant majoritaire le plus fusible de la seconde poudre soit supérieure à la température de fusion du composant majoritaire le moins fusible de la poudre employée pour réaliser le revêtement précédent.The method of the invention has the further advantage of being able to pass quickly from a given coating to another coating on the same substrate. It can therefore lead to the easy implementation of a successive, continuous manufacturing process for a plurality of products from a single ferrous substrate in a strip, each of these products being distinguished from another by the different nature of its coating. This second method consists, between the production of two products, in continuing to scroll the strip while it is carried out the change of mixture to be applied thereon and to modify parameters relating to the heat treatment and the cooling of the coated strip according to the nature of the new mixture. Due to the fact that, thanks to a rapid rise in temperature and efficient cooling, the basic process according to the invention can be implemented industrially on a short in-line installation, it can lead to a third manufacturing process continuously of a ferrous product in a strip covered with at least two protective materials based on different metal alloys, so much to repeat on the product obtained by the implementation of a series of treatment steps, the same series of steps using a second liquid mixture charged with a different metal powder. The succession of coatings will be arranged so that the melting temperature of the most meltable majority component of the second powder is higher than the melting temperature of the least meltable majority component of the powder used to make the previous coating.
Enfin l'invention a pour autres objets les instal¬ lations pour mettre en oeuvre chacun des procédés ci-dessus. L'une de ces installations comporte entre un poste dérouleur d'une bobine de matériau ferreux en bande et un poste d'enroulement d'une bobine de matériau revêtu, définis¬ sant une ligne de traitement,Finally, the invention has other objects as instal¬ lations for implementing each of the above methods. One of these installations comprises between a unwinding station of a reel of ferrous material in a strip and a winding station of a reel of coated material, defining a processing line,
- un dispositif d'enduction,- a coating device,
- un four à induction,- an induction oven,
- un dispositif de calandrage à rouleaux refroidis, le trajet de la bande de substrat ferreux étant vertical au moins entre le dispositif d'enduction et le dispositif de calandrage.- a calendering device with cooled rollers, the path of the strip of ferrous substrate being vertical at least between the coating device and the calendering device.
Eventuellement, en fonction notamment de la qualité de la poudre introduite dans le mélange destiné à 1'enduction du substrat, l'installation comporte entre le dispositif d'enduction et le four, un dispositif de compactage de l'enduit. Le compactage s'effectuera après un dispositif de séchage de l'enduit formant four d'élimination des solvants.Optionally, depending in particular on the quality of the powder introduced into the mixture intended for coating the substrate, the installation comprises between the device coating and the oven, a device for compacting the coating. The compaction will be carried out after a device for drying the coating forming a solvent elimination oven.
Pour pouvoir aisément changer de produits, le dispositif d'enduction sera amovible latéralement par rapport à la ligne de défilement de la bande.To be able to easily change products, the coating device will be removable laterally with respect to the line of travel of the strip.
Enfin pour réaliser des revêtements multicouches, l'installation peut comprendre entre le dispositif de calandrage et le poste d'enroulement au moins un second dispositif d'enduction, au moins un second four à induction et au moins un second dispositif de calandrage à rouleaux refroidis.Finally, in order to produce multilayer coatings, the installation may comprise, between the calendering device and the winding station, at least a second coating device, at least a second induction furnace and at least a second calendering device with cooled rollers. .
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description d'exemples de réalisation donnée ci-après à titre indicatif.Other characteristics and advantages will emerge from the description of exemplary embodiments given below for information.
Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :Reference will be made to the accompanying drawings, in which:
- la figure 1 est un schéma d'une première instal¬ lation pour mettre en oeuvre le procédé de base selon l'invention adaptée à la réalisation de plusieurs revêtements consécutifs sur une bande métallique continue ;- Figure 1 is a diagram of a first instal¬ lation for implementing the basic method according to the invention adapted to the production of several consecutive coatings on a continuous metal strip;
- la figure 2 est un graphe d'un cycle thermique réalisé en appliquant le procédé de 1 'invention ;- Figure 2 is a graph of a thermal cycle performed by applying the method of one invention;
- la figure 3 est une variante de réalisation de l'installation de la figure 1 ;- Figure 3 is an alternative embodiment of the installation of Figure 1;
- la figure 4 est un graphe du cycle thermique pouvant être obtenu avec la variante de la figure 3 ;- Figure 4 is a graph of the thermal cycle obtainable with the variant of Figure 3;
- la figure 5 est un schéma d'une seconde installa¬ tion selon l'invention adaptée à la réalisation de revête- ments multicouches.- Figure 5 is a diagram of a second installa¬ tion according to the invention adapted to the production of multilayer coatings.
Aux figures, la bande 1 issue d'une bobine de déroulage 2 subit tout d'abord une opération de préparation de surface dans un poste 3 de dégraissage. Elle emprunte ensuite un trajet vertical sur lequel, d'amont en aval dans le sens A de défilement, sont disposés un poste d'enduction 4, un four 5 et un dispositif de calandrage 6. Elle est bobinée enfin sur un poste d'enroulement E.In the figures, the strip 1 coming from an unwinding reel 2 first undergoes a surface preparation operation in a degreasing station 3. It then follows a vertical path on which, from upstream to downstream in the direction of travel, a coating station is arranged. 4, an oven 5 and a calendering device 6. It is finally wound on a winding station E.
Le poste d'enduction 4 est constitué comme une machine à peindre à rouleaux, connue en elle-même, alimentée par une barbotine dont la consistance est voisine de celle d'une peinture. Cette barbotine est de préférence réalisée par dispersion d'une poudre métallique fine (la granulométrie étant de l'ordre de 5 μ ) dans un mélange organique de solvants, de liants et de dispersants. Les solvants sont du type de ceux utilisés dans le domaine de la peinture (toluè¬ ne, éthanol, acétone, éther ...) avec comme critère principal de sélection, la vitesse d'évaporation afin qu'ils ne soient pas trop volatiles pour éviter un séchage trop rapide et un risque d'encrassage de l'enducteur. Le dispersant est également du type de ceux classiquement utilisés dans le domaine des peintures c'est-à- dire possédant des macromolécules.The coating station 4 is constituted as a roller painting machine, known in itself, fed by a slip whose consistency is close to that of a paint. This slip is preferably produced by dispersing a fine metallic powder (the particle size being of the order of 5 μ) in an organic mixture of solvents, binders and dispersants. The solvents are of the type used in the field of painting (toluè¬ ne, ethanol, acetone, ether ...) with the main selection criterion, the rate of evaporation so that they are not too volatile for avoid too rapid drying and a risk of coating the coating. The dispersant is also of the type conventionally used in the field of paints, that is to say having macromolecules.
Quant au liant, son choix sera opéré par exemple, parmi les résines acryliques. On évitera tout produit pouvant présenter des risques de bullage.As for the binder, its choice will be made, for example, from acrylic resins. Avoid any product that may present risks of bubbling.
Un choix judicieux de la phase liquide organique permet d'y incorporer une très forte charge pulvérulente. Le produit final ainsi obtenu a peu tendance à décanter.A judicious choice of the organic liquid phase makes it possible to incorporate a very high pulverulent charge therein. The final product thus obtained has little tendency to settle.
La bande revêtue est ensuite introduite dans un four 5 de traitement thermique à induction. Ce four 5 comporte une enceinte 7 de confinement d'une atmosphère protectrice introduite par les conduits d'amenée 8 et extraite du four par le conduit de sortie 9. La section du conduit 9 sera nettement plus élevée que celle des conduits d'entrée car il faut extraire, en plus du gaz de l'atmosphère contrôlée, les produits gazeux provenant de 1 'évaporation du solvant et de la combustion des liant et dispersant. L'atmos¬ phère gazeuse introduite dans l'enceinte 7 du four est essentiellement de l'azote additionnée de quelques pour cents d'hydrogène. Par la référence 10 on a représenté le ou les inducteurs de chauffage de la bande qui peuvent être en plusieurs sections. Des essais ont montré qu'avec notamment des inducteurs à flux transverses, il est possible d'obtenir une augmentation extrêmement rapide de la température de la bande.The coated strip is then introduced into an induction heat treatment oven 5. This oven 5 comprises an enclosure 7 for confining a protective atmosphere introduced by the supply conduits 8 and extracted from the oven by the outlet conduit 9. The section of the conduit 9 will be significantly higher than that of the inlet conduits because it is necessary to extract, in addition to the gas from the controlled atmosphere, the gaseous products resulting from one evaporation of the solvent and from the combustion of the binder and dispersant. The gaseous atmosphere introduced into the enclosure 7 of the furnace is essentially nitrogen with the addition of a few percent of hydrogen. The reference 10 shows the heating inductor (s) of the strip which can be in several sections. Tests have shown that, in particular with cross-flow inductors, it is possible to obtain an extremely rapid increase in the temperature of the strip.
A la sortie du four, la bande est introduite dans un calandreur 6 formé d'une pluralité de rouleaux 11 d'appli¬ cation d'une pression réglable (par des organes symbolisés en 12) sur la bande, ces rouleaux 11 étant refroidis, par exemple par une circulation interne d'eau. Le calandreur est également enclos dans une enceinte 13 dans laquelle est instaurée une atmosphère protectrice, notamment anti-oxydante (de l'azote par exemple). La bande issue du calandreur est à une température de l'ordre de 250°, après avoir été portée dans le four 5 à une température comprise entre 400 et 800° selon la nature du revêtement que l'on souhaite obtenir.At the outlet of the oven, the strip is introduced into a calenderer 6 formed from a plurality of rollers 11 for applying an adjustable pressure (by members symbolized at 12) on the strip, these rollers 11 being cooled, for example by internal circulation of water. The calendarer is also enclosed in an enclosure 13 in which a protective atmosphere, in particular an antioxidant atmosphere (nitrogen for example) is established. The strip from the calendering machine is at a temperature of the order of 250 °, after having been brought into the oven 5 at a temperature between 400 and 800 ° depending on the nature of the coating that it is desired to obtain.
A la figure 2 on a représenté le cycle thermique subi par la bande dans l'ensemble four et calandreur. Du fait du chauffage par induction la montée en température de la bande est extrêmement rapide (de l'ordre de quelques secon¬ des). Il se produit pendant cette phase une vaporisation des solvants et une pyrolyse de toutes les molécules organiques. II faut noter à cet égard que le débit d'azote doit être très important pour qu'il y ait dans le four une dilution impor¬ tante des produits organiques afin d'éviter le dépôt de carbone sur la bande et les parois du four.In Figure 2 there is shown the thermal cycle undergone by the strip in the oven and calendering assembly. Due to induction heating, the temperature rise of the strip is extremely rapid (of the order of a few seconds). During this phase there is a vaporization of the solvents and a pyrolysis of all the organic molecules. It should be noted in this regard that the nitrogen flow rate must be very high so that there is in the oven a significant dilution of the organic products in order to avoid the deposition of carbon on the strip and the walls of the oven.
La température du produit atteint un palier Tl dont la valeur dépend de la nature de la poudre et de son point de fusion, au cours duquel il se produit d'abord une densifica¬ tion de la poudre par réarrangement des grains du fait de 1'activation thermique qu'ils subissent, de la désorption des gaz et de la diffusion qui s'installe entre eux. Cette densification est d'ailleurs améliorée en présence d'hydro- gène dans l'atmosphère du four.The temperature of the product reaches a plateau Tl, the value of which depends on the nature of the powder and on its melting point, during which a densification of the powder first occurs by rearrangement of the grains due to 1 ' thermal activation which they undergo, of the desorption of gases and of the diffusion which settles between them. This densification is also improved in the presence of hydro- gene in the furnace atmosphere.
On assiste donc au commencement de la constitution d'un revêtement de moins en moins poreux par frittage des grains. Dans le même temps mais de manière moins importante, il se produit un début de diffusion entre le substrat de base et les grains qui se sont densifiés à sa surface.We are therefore witnessing the beginning of the constitution of a coating that is less and less porous by sintering the grains. At the same time, but to a lesser extent, the beginning of diffusion occurs between the base substrate and the grains which have densified on its surface.
Ce phénomène de densification et frittage se poursuit ensuite le long du palier Tl par exemple au delà du temps tl par un phénomène de diffusion du métal de base et de celui du revêtement. On comprend donc qu'en maîtrisant le temps t2 auquel on refroidit brutalement le produit, on maîtrise la croissance des alliages intermétalliques et donc la qualité du produit revêtu que l'on cherche à obtenir en fonction de sa destination ultérieure (soudabilité, aptitude au pliage, aptitude à la peinture ...). La maîtrise de la fabrication résulte donc principalement de 1'échauffement par induction qui, par sa rapidité, privilégie le frittage du revêtement par rapport à la formation des alliages intermé¬ talliques et du refroidissement brutal qui permet d'arrêter cette croissance comme souhaité. Le réglage des temps tl, t2 et de la température Tl peut s'opérer dans une installation selon l'invention, soit en prévoyant des équipements de chauffage mobiles et/ou modulaires le long de la ligne, soit en faisant varier la vitesse de défilement de la bande, soit enfin par une combinaison de ces variables.This densification and sintering phenomenon then continues along the bearing T1 for example beyond time T1 by a phenomenon of diffusion of the base metal and that of the coating. We therefore understand that by controlling the time t2 with which the product is suddenly cooled, we control the growth of intermetallic alloys and therefore the quality of the coated product that we seek to obtain according to its subsequent destination (weldability, folding ability , aptitude for painting ...). The mastery of the production therefore mainly results from the heating by induction which, by its speed, favors the sintering of the coating over the formation of intermetallic alloys and the brutal cooling which makes it possible to stop this growth as desired. The time tl, t2 and the temperature Tl can be adjusted in an installation according to the invention, either by providing mobile and / or modular heating equipment along the line, or by varying the running speed. of the band, or finally by a combination of these variables.
A la figure 3 on a représenté une variante de réalisation de l'installation de la figure 1 dans laquelle le four présente deux étages : le premier étage 14 est affecté au "séchage" de la barbotine (déliantage et début de pyrolyse des composants organiques) pour pouvoir réaliser un compac¬ tage au moyen de rouleaux presseurs 15 de la barbotine séchée. On a en effet constaté que la diffusion intergranu¬ laire et le frittage sont d'autant améliorés et d'instaura¬ tion rapide que les grains sont le plus près les uns les autres. Ce rapprochement est obtenu par la pression mécanique que fournit ce compactage. En outre cette pression brise les grains et notamment la couche d'oxyde superficielle dont ils sont entourés, ce qui favorise la création de ponts au moments du frittage. L'un des intérêts de la réalisation de la figure 3 réside également dans la possible division des flux d'atmos¬ phère entre la partie de séchage (déliantage, pyrolyse) et la partie traitement thermique. Ainsi peut-on faire circuler sous grand débit de l'azote pur dans l'étage 14 du four tandis qu'un plus faible débit d'azote additionné d'hydrogène peut être envoyé dans 1 'enceinte 7.In Figure 3 there is shown an alternative embodiment of the installation of Figure 1 in which the oven has two stages: the first stage 14 is assigned to the "drying" of the slip (debinding and start of pyrolysis of organic components) in order to be able to carry out a compaction using pressing rollers 15 of the dried slip. It has in fact been found that intergranu¬ lar diffusion and sintering are all the more improved and of rapid instaura¬ tion as the grains are closest to each other. This approximation is obtained by mechanical pressure that this compaction provides. In addition, this pressure breaks the grains and in particular the surface oxide layer with which they are surrounded, which promotes the creation of bridges at the time of sintering. One of the advantages of the embodiment of FIG. 3 also resides in the possible division of the atmospheric flows between the drying part (debinding, pyrolysis) and the heat treatment part. In this way, pure nitrogen can be circulated under high flow rate in stage 14 of the furnace, while a lower flow rate of nitrogen added with hydrogen can be sent to the enclosure 7.
On comprend qu'au moyen d'une installation conforme à l'invention, il est possible de changer rapidement de fabrication. Il suffit en effet d'ouvrir le dispositif enducteur 4 et de le déplacer latéralement (perpendiculaire¬ ment au plan des figures) pour mettre en place un autre dispositif alimenté d'une autre barbotine. Cette substitution évite d'avoir à nettoyer 1'enducteur pour le charger d'une nouvelle barbotine. Cette opération peut être réalisée sans arrêt de la ligne. On procédera ensuite au réglage des paramètres relatifs au nouveau revêtement.It is understood that by means of an installation according to the invention, it is possible to quickly change the manufacturing. It suffices to open the coating device 4 and to move it laterally (perpendicular to the plane of the figures) to put in place another device supplied with another slip. This substitution avoids having to clean the coating to load it with a new slip. This can be done without stopping the line. The parameters relating to the new coating will then be adjusted.
Les dispositifs d'enduction représentés servent à revêtir les deux faces de la bande. Il est tout à fait possible de ne recouvrir qu'une seule face, l'autre étant au contact d'un rouleau de soutien faisant face au rouleau d'enduction.The coating devices shown serve to coat both sides of the strip. It is quite possible to cover only one side, the other being in contact with a support roll facing the coating roll.
On notera enfin que la pression des rouleaux 11 de calandrage est réglable en fonction essentiellement de la qualité superficielle du revêtement à obtenir. Une faible pression laisse subsister un revêtement granuleux apte à recevoir une peinture. Une pression plus élevée lisse la surface de ce dernier.Finally, it will be noted that the pressure of the calendering rollers 11 is adjustable as a function essentially of the surface quality of the coating to be obtained. A low pressure leaves a granular coating capable of receiving a paint. Higher pressure smoothes the surface of the latter.
Comme le procédé de l'invention permet d'obtenir un revêtement compact, il n'est pas nécessaire d'appliquer une pression de calandrage importante qui affecterait les qualités mécaniques et géométriques de la bande.As the process of the invention makes it possible to obtain a compact coating, it is not necessary to apply a high calendering pressure which would affect the mechanical and geometric qualities of the strip.
Sur la figure 5 enfin, on a représenté une instal¬ lation complexe permettant de réaliser des produits multicou¬ ches. Il s'agit en fait entre les postes d'enroulement 2 et de déroulement E, d'une duplication des moyens de la figure 3, permettant d'appliquer sur un produit déjà revêtu une seconde barbotine différente de la première qui formera un second revêtement, avec des intermétalliques entre le premier et le second revêtement ou qui viendra former un alliage intermétallique superficiel sur le premier revêtement. Ainsi à partir d'un premier revêtement cuivre, par enduction d'une barbotine de zinc est-on parvenu à obtenir un revêtement du genre laiton. Les moyens semblables de traitement portent sur cette figure les mêmes références que sur les figures précédentes avec les indices a et b selon qu'il s'agit de la première ou de la seconde couche de revêtement.Finally, FIG. 5 shows a complex installation making it possible to produce multi-layer products. It is in fact between the winding stations 2 and unwinding E, a duplication of the means of Figure 3, to apply to a product already coated a second slip different from the first which will form a second coating , with intermetallics between the first and second coating or which will form a surface intermetallic alloy on the first coating. Thus, from a first copper coating, by coating with a zinc slip, we managed to obtain a brass-like coating. Similar processing means in this figure have the same references as in the previous figures with the indices a and b depending on whether it is the first or the second coating layer.
Dans ce qui précède, le moyen de chauffage décrit est un four à induction longitudinale ou transverse selon le niveau de température à atteindre. Ce n'est pas sortir du cadre de l'invention que de prévoir un chauffage rapide par d'autres moyens tels que par exemple la conduction. Dans ce cas, en effet le four 5 est équipé, aux lieu et place des inducteurs 10, de rouleaux métalliques au contact de la bande revêtue de la barbotine soit par sa face non revêtue s'il s'agit d'un revêtement une face, soit par l'intermédiaire de la barbotine elle-même qui est conductrice, entre lesquels est établie une différence de potentiel électrique. La valeur de cette différence de potentiel, la distance séparant les rouleaux formant bornes d'alimentation sont certains des paramètres réglables qui permettent d'ajuster les caractéristiques du chauffage. In the above, the heating means described is a longitudinal or transverse induction oven depending on the temperature level to be reached. It is not outside the scope of the invention to provide rapid heating by other means such as for example conduction. In this case, in fact the furnace 5 is fitted, instead of the inductors 10, with metal rollers in contact with the strip coated with the slip, either by its uncoated side if it is a one side coating. , or by means of the slip itself which is conductive, between which a difference in electrical potential is established. The value of this potential difference and the distance between the rollers forming the supply terminals are some of the adjustable parameters that allow the characteristics of the heater to be adjusted.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication en continu d'un substrat ferreux en bande (1), recouvert d'un matériau de protection à base d'alliage métallique comportant une série d'étapes consistant à :1. A method of continuously manufacturing a ferrous strip substrate (1), covered with a protective material based on a metal alloy comprising a series of steps consisting in:
- préparer une dispersion de poudre de cet alliage métallique dans un mélange liquide,- prepare a powder dispersion of this metal alloy in a liquid mixture,
- appliquer (4) du mélange ainsi constitué sur au moins une face de la bande (1) de substrat, - passer dans au moins un four (5) de traitement thermique pour extraction des composants du mélange liquide et chauffage du produit,- applying (4) of the mixture thus formed on at least one face of the strip (1) of substrate, - passing through at least one oven (5) of thermal treatment for extraction of the components from the liquid mixture and heating of the product,
- refroidir le produit, caractérisé en ce que l'étape (6) de refroidissement est réalisée par contact du produit sous pression réglable avec des rouleaux (11) régulés en température.- cooling the product, characterized in that the cooling step (6) is carried out by contacting the product under adjustable pressure with rollers (11) regulated in temperature.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape de chauffage du produit est réalisée par un moyen d'échauffement rapide (10). 2. Method according to claim 1 characterized in that the step of heating the product is carried out by a rapid heating means (10).
3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'étape de chauffage du produit est réalisée par induction.3. Method according to claim 2 characterized in that the product heating step is carried out by induction.
4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'étape d'extraction (5) des composants du mélange et de chauffage du produit est réalisée sous une atmosphère protectrice.4. Method according to claim 3 characterized in that the extraction step (5) of the components of the mixture and heating of the product is carried out under a protective atmosphere.
5. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que l'étape d'extraction (5) des composants du mélange et de chauffage du produit est réalisée sous atmosphère réductrice .5. Method according to claim 3 characterized in that the extraction step (5) of the components of the mixture and heating of the product is carried out under a reducing atmosphere.
6. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte une étape de compactage (15) préalable à l'étape de traitement thermique.6. Method according to claim 2 characterized in that it comprises a compaction step (15) prior to the heat treatment step.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes caractérisé en ce que la poudre d'alliaqe métallique comporte une charge minérale pulvérulente.7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the alloy powder metal contains a powdery mineral filler.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendica¬ tions 1 à 6 caractérisé en ce que la poudre comporte un constituant majoritaire à haut point de fusion et un consti- tuant minoritaire à bas point de fusion faisant office de fondant lors du traitement thermique.8. Method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the powder comprises a majority constituent with a high melting point and a minority constituent with a low melting point acting as a flux during the heat treatment.
9. Procédé de fabrication successive en continu d'une pluralité de produits à base d'un substrat ferreux unique en bande (1), chacun d'eux comportant un matériau de protection à base d'alliage métallique différent et réalisé conformément au procédé selon l'une quelconque des revendica¬ tions précédentes, caractérisé en qu'il consiste, entre la réalisation de deux produits, à continuer de faire défiler la bande (1) pendant qu'il est procédé au changement de mélange à appliquer sur celle-ci et à modifier les paramètres relatifs au traitement thermique et au refroidissement de la bande enduite en fonction de la nature du nouveau mélange.9. A method for successively continuously manufacturing a plurality of products based on a single ferrous strip substrate (1), each of them comprising a protective material based on a different metal alloy and produced in accordance with the method according to any one of the preceding claims, characterized in that it consists, between the production of two products, in continuing to scroll the strip (1) while the change of mixture to be applied to it is carried out and to modify the parameters relating to the heat treatment and to the cooling of the coated strip according to the nature of the new mixture.
10. Procédé de fabrication en continu d'un produit ferreux en bande recouvert d'au moins deux matériaux de protection à base d'alliage métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser une première série d'étapes (4a, 5a, 6a) du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 7 puis à répéter (4b, 5b, 6b) cette série d'étapes sur le produit obtenu après la première série, en utilisant un second mélange liquide chargé d'une poudre métallique tel que la température de fusion de son composant majoritaire le plus fusible est supérieure à la température de fusion du compo¬ sant majoritaire le moins fusible de la poudre employée pour réaliser le revêtement précédent. 10. A method of continuously manufacturing a ferrous product in a strip covered with at least two protective materials based on a metal alloy, characterized in that it consists in carrying out a first series of steps (4a, 5a, 6a) of the method according to one of claims 1 to 7 and then repeating (4b, 5b, 6b) this series of steps on the product obtained after the first series, using a second liquid mixture charged with a metal powder such that the melting temperature of its most meltable majority component is higher than the melting temperature of the least meltable majority component of the powder used to produce the previous coating.
11. Installation pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisée en ce qu'elle comporte entre un poste de déroulement (2) d'une bobine de matériau ferreux en bande (1) et un poste d'enroulement (E) d'une bobine de matériau revêtu, définis- sant une ligne de traitement, 1811. Installation for implementing the method according to any one of claims 1 to 8 characterized in that it comprises between an unwinding station (2) of a coil of ferrous material in strip (1) and a station d winding (E) of a coil of coated material, defining a processing line, 18
- un dispositif d'enduction (4),- a coating device (4),
- un four à induction (S),- an induction oven (S),
- un dispositif de calandrage (6) à rouleaux refroidis, le trajet de la bande de substrat ferreux étant vertical au moins entre le dispositif d'enduction et le dispositif de calandrage.- a calendering device (6) with cooled rollers, the path of the strip of ferrous substrate being vertical at least between the coating device and the calendering device.
12. Installation selon la revendication 11 caracté¬ risée en ce qu'elle comporte entre le dispositif d'induction (4) et le four (5) un dispositif de compactage (15) de 1'enduit.12. Installation according to claim 11 caracté¬ ized in that it comprises between the induction device (4) and the oven (5) a compacting device (15) of the coating.
13. Installation selon la revendication 11 ou la revendication 12 caractérisée en ce qu'elle comporte entre une première section (14) et une seconde section du four (5) un dispositif de compactage (15) du produit en cours de frittage sur la bande.13. Installation according to claim 11 or claim 12 characterized in that it comprises between a first section (14) and a second section of the furnace (5) a compacting device (15) of the product being sintered on the strip .
14. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 9, caractérisée en ce que le dispositif d'enduction (4) est amovible latéralement par rapport à la ligne de défilement de la bande.14. Installation according to any one of claims 11 to 13 for implementing the method according to claim 9, characterized in that the coating device (4) is removable laterally relative to the line of travel of the strip.
15. Installation selon l'une quelconque des revendications 11 à 13 pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte entre le dispositif de calandrage (6a) et le poste enrouleur (E) au moins un second dispositif d'enduction (4b), au moins un second four (5b) à induction et au moins un second dispositif de calandrage (6b) à rouleaux refroidis (11b). 15. Installation according to any one of claims 11 to 13 for implementing the method according to claim 10, characterized in that it comprises between the calendering device (6a) and the winding station (E) at least a second coating device (4b), at least a second induction furnace (5b) and at least a second calendering device (6b) with cooled rollers (11b).
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