BE1020476A3 - Buse de lissage de commande d'epaisseur et de repartition de revetement avec une excellente uniformite de pression. - Google Patents

Buse de lissage de commande d'epaisseur et de repartition de revetement avec une excellente uniformite de pression. Download PDF

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Description

BUSE DE LISSAGE DE COMMANDE D'EPAISSEUR ET DE REPARTITION DE REVETEMENT AVEC UNE EXCELLENTE UNIFORMITE DE PRESSION
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un dispositif de lissage au gaz pour commander l'épaisseur d'un film de liquide sur une bande en mouvement. Un exemple type est un dispositif destiné au lissage au gaz d'un métal liquide sur de larges tôles revêtues, telles que celles obtenues par un revêtement par immersion à chaud.
Contexte général et art antérieur
Lors d'un revêtement par immersion à chaud, l'uniformité du revêtement de feuilles revêtues est un problème majeur.
Lorsqu'un système de lame d'air est utilisé, il est bien connu que l'obtention d'une uniformité nécessite une vitesse de déplacement uniforme, une distance de bande à buse constante et un écoulement de gaz uniforme à la sortie de la buse. Toute variation de ces paramètres de fonctionnement résultera en des variations d'épaisseur du revêtement.
Les dispositifs dans le cadre de la présente invention sont concernés par l'obtention d'un écoulement de gaz uniforme tout le long d'une mince ouverture, telle qu'une fente qui a une longueur type de 2,5 mètres et une épaisseur d'ouverture de 0,5 à 2 mm. La figure 1 est une vue en coupe transversale d'une conception de buse type utilisée dans l'industrie du revêtement par immersion chaude. La buse 1 est située à l'avant de la feuille revêtue en mouvement 3 sortant du bain de revêtement contenant le métal liquide. La sortie de la buse est constituée de lèvres inclinées 11 qui définissent une ouverture ou fente longitudinale 12 étendue. La figure 2 est une vue de face correspondante de la bande 3 et du dispositif de la figure 1.
D'abord, une expérience a montré que l'angle 10 entre la bande 3 et les faces de buse orientées vers la bande 3 doit être grand afin de réduire le vortex et la recirculation créée par un écoulement important de gaz. A cet égard, la figure 5 montre un développement de configuration de· vortex type lorsque l'angle 10 est petit.
Ainsi, à cause de l'espace disponible habituellement réduit, les dimensions de la chambre 2, en particulier sa longueur 4 et sa hauteur 5, sont assez limitées (voir la figure 1 et la figure 2).
L'alimentation en air 6 fournie au dispositif peut être obtenue par différents procédés connus, par exemple par une injection à partir du haut (figure 1), à partir du côté (figure 2) ou à partir de l'arrière. Cette alimentation en air 6 doit être souple parce que le dispositif est habituellement déplacé en fonctionnement selon la fenêtre de processus spécifique. Une longueur de déplacement type du dispositif peut atteindre 100 mm. Par conséquent, les tuyaux utilisés doivent avoir un rapport diamètre-longueur spécial pour s'adapter à ce déplacement sans effet nuisible sur leur durée de vie.
De plus, le diamètre du tuyau d'alimentation 6 ainsi que la section transversale de la chambre ne peuvent pas être trop petits parce qu'autrement la vitesse du gaz dans le tuyau devient trop élevée, ce qui conduit à une variation de l'écoulement de gaz le long de l'ouverture qui donne en outre une épaisseur de revêtement non uniforme. La figure 3 montre un exemple d'écoulement de gaz et les résultats obtenus d'un examen effectué par l'inventeur lorsque les rapports de conception ne sont pas correctement sélectionnés, en réalité dans le cas où l'air est délivré à travers quatre ouvertures supérieures 6. La figure 6 montre, dans un autre exemple, l'écoulement et la vitesse de sortie le long de la buse dans le cas d'une entrée de gaz latérale 6 unique (ou asymétrique).
Les problèmes mentionnés ci-dessus sont assez bien connus dans l'industrie et certaines solutions techniques ont déjà été proposées comme celle décrite dans le brevet US
n° 4 041 895.
Ce document présente un système pour commander l'épaisseur et la répartition d'un revêtement appliqué à un substrat en mouvement, comprenant une paire de « lames d'air » qui déchargent un fluide sous pression sur un substrat en mouvement alors qu'il émerge d'un bain de revêtement pour araser le revêtement en excès du substrat et laisser un dépôt de revêtement d'une épaisseur et d'une répartition souhaitées. Chaque lame d'air comporte un plénum qui délivre un fluide sous pression à une paire de lèvres de buse qui définissent une ouverture de buse allongée. Des dispositifs influençant un écoulement de fluide sont prévus entre le plénum et les lèvres de buse de chaque lame d'air, comprenant de préférence une plaque de déflecteur, un ensemble formant écran, une plaque d'obturateur et un ensemble d'aubes. La plaque de déflecteur et l'ensemble formant écran aident à garantir qu'un écoulement laminaire de pression uniforme est appliqué à la plaque d'obturateur. La plaque d'obturateur comporte des ouvertures de limitation d'écoulement configurées spécialement qui provoquent une variation prédéterminée du profil de pression de décharge de fluide à partir des lames d'air le long de la longueur de leurs ouvertures de buse, moyennant quoi les profils de revêtement sont amenés à varier d'une manière prédéterminée sur la largeur du substrat. L'ensemble d'aubes comprend des aubes qui aident à commander les directions de décharge de fluide à travers les ouvertures de buse. Un fluide sous pression est appliqué aux lames d'air par un système qui comprend un ventilateur, et la vitesse du ventilateur est commandée en réponse à une vitesse de ligne détectée du substrat en mouvement pour garantir qu'un dépôt de revêtement d'une épaisseur souhaitée subsiste sur le substrat.
Ainsi, les solutions mentionnées ci-dessus consistent habituellement soit en des déflecteurs installés dans la chambre, soit, en variante, en des plaques 7 (voir par exemple la figure 1) pourvues d'un certain nombre d'orifices dont l'objet est d'uniformiser la pression en aval de la plaque en générant une chute de pression assez élevée.
Ces solutions de l'art antérieur ont cependant deux inconvénients principaux : - elles consomment une quantité importante d'énergie du fait de la chute de pression ; - elles ne sont pas capables de supprimer le vortex développé à 1'intérieur de la chambre étant donné que la conception ne peut pas réduire les vitesses de fluide dans les directions autres que perpendiculaires à la plaque de déflecteur. Les vortex sont également responsables d'un écoulement de gaz non uniforme le long de l'ouverture à cause d'une pression totale localisée plus élevée lorsque le vortex les heurte. Un exemple de ce vortex interne dû aux tuyaux d'entrée est montré sur la figure 3. De plus, la figure 4 montre les vitesses calculées correspondantes à la sortie le long de la longueur et de la largeur de buse. Les différentes lignes correspondent aux vitesses correspondantes aux différents emplacements le long de l'épaisseur d'ouverture, les valeurs plus élevées correspondant ainsi au centre de l'ouverture et les plus faibles à celles plus près des parois d'ouverture.
Objets de l'invention
La présente invention à pour objets d'éviter les inconvénients de l'art antérieur.
En particulier, l'invention a pour objet d'uniformiser la pression totale dans la chambre en supprimant le vortex interne dans la chambre de buse, ainsi que d'améliorer de manière importante l'uniformité de pression de gaz statique. Par conséquent, une beaucoup plus grande uniformité de la vitesse de sortie doit être obtenue le long de l'ouverture de buse.
Un autre objet de l'invention consiste, à limiter la chute de pression dans la chambre de buse en raison de la présence d'un déflecteur à plaque perforée.
Résumé de l'invention
La présente invention concerne un dispositif pour commander l'épaisseur d'un revêtement réalisé par un film de liquide sur une bande en mouvement, comprenant une buse alimentée en fluide sous pression dans une chambre de la buse, ladite chambre se terminant par des lèvres de buse réalisant une ouverture de décharge allongée pour décharger le fluide sous pression sur la bande en mouvement, ladite chambre comprenant également une plaque de déflecteur perforée obstruant une section L x h de la chambre dans l'écoulement de fluide, caractérisé en ce que la plaque de déflecteur perforée comporte un certain nombre d'orifices de sorte que la surface totale desdits orifices soit supérieure à 90 % de ladite section et ait une épaisseur Th supérieure à 3 fois le diamètre individuel de l'un quelconque desdits orifices et supérieure à 3 mm.
Selon des modes de réalisation préférés, le dispositif de l'invention est en outre limité par une caractéristique ou une combinaison appropriée des caractéristiques qui suivent : - la plaque de déflecteur perforée a une géométrie en nid d'abeilles, c'est-à-dire une géométrie comportant des cellules avec une section hexagonale ; - la bande en mouvement est une feuille revêtue d'un liquide, émergeant d'un bain de revêtement ; - la bande en mouvement est une feuille métallique revêtue d'un métal liquide, émergeant d'un bain de revêtement par immersion à chaud ; - le bain de revêtement par immersion à chaud est un bain de galvanisation pour des tôles ; - le fluide sous pression est un gaz sous pression ; - le gaz sous pression comprend un mélange d'oxygène et d'azote ; - l'ouverture de décharge allongée de la buse est une fente ayant une longueur pouvant atteindre 2,5 mètres et une épaisseur pouvant atteindre 3 mm.
Brève description des dessins
La figure 1 présente schématiquement une section transversale d'une buse type pour un lissage au gaz d'une feuille revêtue, pourvue d'une plaque perforée dans la chambre de buse, selon l'art antérieur.
La figure 2 présente schématiquement une vue de face de la buse et de la feuille de la figure 1.
La figure 3 montre l'écoulement de gaz calculé pour une buse alimentée en gaz à travers quatre ouvertures circulaires supérieures.
La figure 4 montre la vitesse de sortie calculée pour la buse simulée sur la figure 3. Les différentes lignes correspondent à la vitesse le long de la hauteur de l'ouverture de buse.
La figure 5 montre la vorticité élevée type obtenue en particulier lorsque l'angle entre la bande et l'extrémité de buse est fermé.
La figure 6 montre dans la partie supérieure l'écoulement à l'intérieur d'une chambre de buse lorsqu'il est obtenu par une seule entrée latérale, la partie inférieure montrant la vitesse de sortie calculée correspondante.
La figure 7 présente schématiquement une buse pourvue d'un dispositif dit en nid d'abeilles selon la présente invention.
La figure 8 est une section transversale d'un mode de réalisation type de l'invention.
La figure 9 est une vue en perspective d'un mode de réalisation industriel correspondant à la figure 8.
La figure 10 montre le profil de pression uniforme à la sortie de la buse, obtenu par le dispositif de l'invention, les nombres du bas faisant référence à la position de chaque tuyau d'entrée de gaz particulier le long de l'ouverture de la buse.
Description détaillée de l'invention et modes de réalisation préférés
Selon un premier mode de réalisation préféré, l'invention concerne la mise en œuvre, à l'intérieur d'une chambre de buse et à l'intérieur d'un écoulement de gaz, d'un composant 8 particulier pourvu d'orifices, appelé ci-après composant à géométrie en « nid d'abeilles », comme montré schématiquement sur la figure 8. En principe, la géométrie en nid d'abeilles fait référence à une structure! comportant des cellules vides 13 de section hexagonale. Dans ce cas, le susdit diamètre de la cellule est le diamètre du cercle circonscrit de l'hexagone. Cependant, il sera dans l'étendue de la présente invention d'admettre des structures d.' orifices s'écartant du modèle hexagonal « idéal ».
Etant donné qu'un déflecteur à plaque perforée est utilisé, entraînant une chute de pression dans, la chambre de buse, l'invention améliore la situation en recherchant un rapport de vide, c'est-à-dire la somme des sections de trous divisée par la section transversale totale de la plaque, proche de 1.
Selon l'invention, cette partie 8 est cependant caractérisée par les caractéristiques suivantes : - une plaque avec un grand nombre d'orifices. La surface totale des orifices doit être supérieure à 90 % de la section transversale totale (L x h), comme représenté sur la figure 7 ; - une épaisseur (Th) du composant supérieure à 3 fois le diamètre d'orifice individuel et supérieure à 3 mm.
Il a été observé que le dispositif de l'invention a la propriété de bloquer le vortex de gaz interne et d'orienter l'écoulemént de fluide dans la direction correcte, c'est-à-dire la direction dans laquelle il doit être à la sortie de la buse. Cela est obtenu avec une perte minimum d'énergie, ce qui signifie que le système ne nécessite pas en principe d'augmenter la capacité de pression des ventilateurs habituellement utilisés pour produire le fluide sous pression. En utilisant le dispositif de l'invention, le diamètre des tuyaux alimentant la chambre peut être avantageusement réduit.
En tant que conséquence >de l'invention, l'utilisation d'une mince plaque de déflecteur interne 7, comme décrit par exemple dans le brevet US n° 4 041 895, n'est pas nécessaire.
Exemple
La figure 9 présente un exemple de réalisation industrielle selon l'invention.
Le rendement du dispositif a été vérifié en mesurant la pression dynamique tout le long de la buse par un tube Pitot. Selon la figure 10, il est possible d'observer une bonne uniformité ou une uniformité satisfaisante de pression mesurée en % de la moyenne, tout le long de l'ouverture dans ce dispositif particulier. Les expériences ont montré que les variations d'une valeur maximum à une valeur minimum mesurées sont inférieures à environ 1 % pour une buse qui a une longueur de 2 mètres et qui a une ouverture inférieure à 2 mm.
La buse telle que décrite ici est généralement dédiée au lissage d'un liquide entraîné par une bande en mouvement. Le liquide peut être aqueux, ou consister en un métal liquide. La bande envisagée ci-dessus peut avoir une largeur type de 600 à 2300 mm.
Liste des symboles de référence 1. Buse 2. Chambre 3. Bande 4. Longueur de chambre 5. Hauteur de chambre 6. Alimentation en air
DL· LMILIVOOJ
7. Déflecteur à plaque perforée 8. Composant en nid d'abeilles 10. Angle d'extrémité de buse 11. Lèvre de buse 12. Ouverture (ou fente) de buse 13. Orifice
Figure BE1020476A3D00111

Claims (8)

1. Dispositif pour commander l'épaisseur d'un revêtement réalisé par un film de liquide sur une bande en mouvement (3), comprenant une buse (1) alimentée en fluide sous pression (6) dans une chambre (2) de la buse, ladite chambre (2) se terminant par des lèvres de buse (11) réalisant une ouverture de décharge (12) allongée pour décharger lè fluide sous pression sur la bande en mouvement. (3), ladite chambre (2) comprenant également une plaque de déflecteur perforée (8) obstruant une section L x h de la chambre (2) dans l'écoulement de fluide, caractérisé en ce que la plaque de déflecteur perforée (8) comporte un certain nombre d'orifices (13) de sorte que la surface totale desdits orifices (13) soit supérieure à 90 % de ladite section et ait une épaisseur Th supérieure à 3 fois le diamètre individuel de l'un quelconque desdits orifices (13) et supérieure à 3 mm.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de déflecteur perforée (8) a une géométrie en nid d'abeilles, c'est-à-dire une géométrie comportant des cellules (13) avec une section hexagonale.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande en mouvement (3) est une feuille revêtue d'un liquide, émergeant d'un bain de revêtement.
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande en mouvement (3) est une feuille métallique revêtue d'un métal liquide, émergeant d'un bain de revêtement par immersion à chaud.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bain de revêtement par immersion à chaud est un bain de galvanisation pour des tôles.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide sous pression est un gaz sous pression.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz sous pression comprend un mélange d'oxygène et d'azote.
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture de décharge allongée de la buse (12) est une fente ayant une longueur pouvant atteindre 2,5 m et une épaisseur pouvant atteindre 3 mm.
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