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PROCEDES DE PRODUCTION D ACIER AU SILICIUM A REVETEMENT VITREUX.
Dans la demande de brevet n 4000365 du 13 juin courant on a dé- crit un procédé pour produire sur des tôles d'acier au silicium un film iso- lant vitreux, fin et uniforme. Le procédé tel que mis en oeuvre et décrit dans cette demande implique de nombreuses opérations-.
L'acier au silicium est soumis à un traitement thermique dans un four-continu ou tunnel dans une atmosphère d'"hydrogène humide"o Ceci a pour effet non seulement une décar- buration, mais aussi une amélioration des qualités électriques de l'acier; .d'autre part il en résulte une oxydation du silicium sur les surfaces de l'acier ou au voisinage de celles-ci, de fagon à former la silice, tout en ne provoquant pas l'oxydation du fer,phénomène que les auteurs ont nommé "oxydation préférentielle"o @
Après ce traitement, l'acier au silicium est enduit d'une matiè- re susceptible d'agir immédiatement comme séparateur pendant le recuit et de se combiner avec la silice pour former une substance vitreuseo On a con- staté que la magnésie était, de toutes les matières envisagées.,
la plus avantageuse et celle que l'on peut se procurer le plus aisément. La magné- sie est mélangée à l'eau, après quoi elle s'hydrate en grande partie pour donner l'hydroxyde de magnésium, formant ainsi une boue dont l'acier au silicium peut être aisément enduit. L'enduit est ensuite séché.
L'acier au silicium ainsi enduit est ensuite soumis à un recuit en caisses à haute température, au cours duquel se produisent plusieurs phé- nomèneso L'hydroxyde de magnésium abandonne son eau de combinaison., en re- tournant à l'état d'oxyde de.magnésium ou magnésieo La silice formée au voi- sinage des surfaces de ].'acier au silicium tend à émigrer vers ces surfaces.
A mesure que la température s'élève, une partie de la magnésie se combine avec la silicepour former un revêtement au film vitreux adhérent intime- ment aux surfaces de l'acier au silicium et uni fermement à celles-ci., le restant de la magnésie agissant comme séparateur de recuit.
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L'épaisseur du film vitreux est rigoureusement contrôlée, vu qu'elle dépend de la silice produite dans les surfaces de la tôle ou au voisinage de celles-ci, cette épaisseur étant à la fois réduite et unifor- meo Après le recuit, les feuilles ou bandes de tôle d'acier au silicium peuvent être aisément séparées ou déroulées, respectivemento L'exédent de magnésie peut être aisément enlevé des surfaces des tôles par brossage ou autrement,en laissant sur ces surfaces un film isolant durableo
La présente invention vise à perfectionner le procédé pour pro- duire de l'acier au silicium recouvert d'un film de verre, ce perfectionne- ment étant accompagné d'une réduction du coût de fabrication et d'une amé- lioration des produits.
Ces buts de l'invention, sinsi que d'autres qui seront exposés ci-après ou qui s'imposent d'eux-mèmes à l'esprit des techniciens sont réalisés par la méthode qui sera indiquée ici à propos d'une réalisation prise à titre d'exemple.
Bien que d'excellents résultats commerciaux aient été obtenus en appliquant le procédé de la susdite demande de brevet 400.365 l'expérien- ce a montré que la transformation de l'hydroxyde de magnésium en magnésie lors du recuit en caisses présente un certain nombre de désavantages.
Le dé- gagement de grandes quantités d'eau dans la caisse à recuit rend difficile le contrôle de 19atmosphère et nécessite en outre la prévision de cycles de chauffage spéciaux, vu que 1?eau de combinaison de l'hydroxyde commence à s'éliminer à environ 350 C (660 F)Lorsque la déshydratation de l'hydroxyde de magnésium se produit au cours du recuit en caisses, il existe générale- ment une différence dans l'aspect du film vitreux entre le centre des tôles, d'une part et les bords de celle-ci, d'autre part, ce que les auteurs de la présente attribuent au passage de 1 eau provenant du centre de la charge, entre les bords, plus chauds, des tôleso On constate parfois un phénomène de "pelage" du film au centre des Quilles, ce qui n'a pas encore été expli- qué,
mais semble être en rapport avec la question de l'élimination de l'eau, vu qu'il ne se produit pas dans le procédé selon la présente invention.
Ces considérations indiquent qu'il serait avantageux d'élimi- ner 1?eau avant de procéder au recuit en caisses. Il est à noter ici qu'il s'agit de 1?eau combinée chimiquement avec 1?hydroxyde de magnésium. L'eau libre contenue dans la boue initiale s'élimine très aisément et rapidement du film appliqué à l'acier, moyennant un chauffage à 100 C (212 F) ou un peu plus, ce qui peut être réalisé à l'aide de flammes à gaz léchant la sur- face de l'acier. De telles températures se situent bien au-dessous des tem- pératures d'oxydation et n'affectent pas les qualités de l'acier.
Toutefois, et comme exposé plus haut, l'hydroxyde de magnésium nécessite un chauffage allant jusque 350 C (660 F) et plus, avant que son eau de combinaison ne commence à s'éliminer. Ainsi, les opérations de dés- hydratation, dans le sens que les inventeurs donnent à ce terme, exigent des traitements thermiques d'une ampleur assez considérable et d'un coût élevé ;
de plus, le fait d'ajouter une opération et un four distincts est anti-économiqueo De plus, les températures sont dans ce cas bien supérieu- res à celles de l'oxydation du fer, et l'on a constaté que le traitement thermique devrait être conduit dans une atmosphère protectrice, d'où nou- velle augmentation du coûte Dans certaines conditions de conduits du trai- tement thermique,celui-ci risque d'affecter défavorablement les proprié- tés électriques de l'acier.
D'autre part, on a estimé qu'il était indiqué d'exécuter un traitement thermique prolongé à des températures relativement modérées, par exemple ne dépassant pas la température de 350 C (660 F) de plus de quelques dizaines à une centaine de degrés C. On a déjà essayé de déshy- draté l'hydroxyde de magnésium, appelé à servir de séparateur sur des tô- les ferreuses, préalablement au recuit en caisses. On estimait qu'un sé- chage lent déterminait une adhérence intime et l'on recommandait des du- rées de séchage de quatre à cinq heures.
On estimait en outre qu'un déga- gement rapide de vapeur d'eau risque de rompre le film et de'le détacher
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ou l'arracher des surfaces de tôles empilées ou enroulées
Or,les inventeurs ont constaté que ces problèmes peuvent être attaqués et résolus grâce au procédé indiqué icio
Après avoir fini et nettoyé la feuille ou bande d'acier au sili- cium (dans les revendications le terme "acier au silicium" est censé couvrir des toles en feuilles ou en bandes), par des procédés quelconques on enduit d'abord celles-ci d'une boue formant substance de revêtement et constituée par un hydroxyde. De préférence, et comme indiqué plus haut, on emploiera 1?hydroxyde de magnésium, bien que d'autres substances puissent être utili- sées, par exemple l'hydroxyde de calcium.
L'eau libre est ensuite chassée du revetement par une légère chaleur, par exemple en faisant passer la tôle à travers des flammes de gaz découvertes ou au contact de celles-ci.
L'enduit peut être appliqué de toute manière appropriée, par exemple par immersion-ou projection; les inventeurs font généralement passer la tôle ainsi enduite entre rouleaux essuyeurs en caoutchoucpour contrôler épaisseur de l'enduit, L'élimination de 1?eau libre est souhaitable, vu que les transporteurs à rouleaux ou les combinaisons de rouleaux happeurs, utilisés dans la suite pour le transport des tôlesont tendance à recueil- lir et à accumuler l'enduit humide ce qui risque de causer des perturba- tions. On a constaté qu'une fois l'eau libre éliminée, la tôle peut être aisément manipulée au cours des opérations ultérieures à l'aide de rouleaux happeurs ou autres transporteurs,
sans rupture de 1-'enduit et sans néces- siter des précautions plus importantes que celles visant à éviter un con- tact susceptible de produire des griffes et celles consistant à entraîner les rouleaux à des vitesses périphériques aussi rapprochées que possible des vitesses linéaires des tôleso
Les feuilles ou bandes sont ensuite introduites dans un four continu ou tunnel à recuire. Les inventeurs entendent par là un four allon- gé dans lequel toutes les surfaces des feuilles ou bandes sont accessibles ou exposées à l'atmosphère du four et, à cette fin, les feuilles ou bandes traversent le four individuellement. Dans ce four, la tôle est soumise à une élévation rapide de.la température dans une atmosphère contrôlée.
On a constaté qu'en maintenant dans un four continu une tempé- rature de 850 C (1550 F) environ, on peut éliminer l'eau de combinaison des Enduits selon l'invention en 1.9 espace de deux minutes environcette durée étant comprise dans les limites de fonctionnement de fours continus permet- tant des vitesses d'exploitation favorables.
Le traitement selon l'invention ne déchire ni n'arrache le film en question.
Les inventeurs ont en outre constaté qu'en maintenant une at- mosphère convenablement contrôlée dans le four, la décarburation et l'oxy- dation préférentielle dont question plus haut peuvent être réalisées con- jointement et peuvent s'achever dans le même laps de temps. On introduira donc dans le four une atmosphère non oxydante;, chargée d'hydrogène, la- quelle peut consister en hydrogène seul ou en tout autre atmosphère neutre riche en hydrogène, par exemple de l'ammoniaque décomposée.
Afin de réa- liser la décarburation et l'oxydation préférentielle,l'atmosphère du four doit être chargée d'hydrogène et être "humide". Les limites de températu- res et de teneur en humidité spécifiées dans la susdite demande connexe à propos du procédé en question sont de 725 à 900 C environ (1350 à 1650 F) pour la température et de 2 à 35 % en volume de vapeur d'eau en ce qui con- cerne la teneur en humidité dans l'atmosphère du four.
Lors de la mise en oeuvre de la présente invention, on a constaté que les températures infé- rieures à environ 800 à 825 C (15000F), produisent une si lente déshydra- tation de l'hydroxyde de magnésium qu'il devient difficile d'exécuter celle- ci dans les'limites,, et à la vitesse normaleimposées par les fours de re- cuit à découvert, de construction courante. D'autre parte si la température est notablement supérieure à 900 C (1650 F)la déshydratationdevient plus rapide,mais la décarburation se ralentit.
Or, comme la décarburation est ,
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importante p our l'obtention de l'acier au silicium de la plus. haute quali- té, les inventeurs estiment que les températures préférées sont celles si- tuées entre sensiblement 800 à 825 C (1500 F) et sensiblement 900 C (1650 F).
On a constaté que, dans ces limites, les traitements de l'ordre de deux minutes environ donnaient satisfaction en ce qui concerne la déshy- dratation:, la décarburation et 1"oxydation préférentielle, la durée de lopé- ration se situant généralement entre les limites de 1 à 4 limites.
Les inventeurs ont également constaté que, lorsqu)on pratique de telles températures dans le four continu ordinaire,la quantité d'eau aban- donnée par le revêtement appliqué sur les feuilles ou la bande suffit géné- ralement pour maintenir l'humidité opératoire requise de l'atmosphère du four.
Ceci constitue un avantage et une économie importants,vu que le maintien de l'humidité dans le four a toujours constitué un problème dans la marche du procédéo
11 va de soi cependant que l'on ne s'écarte nullement des prin- cipes de l'invention si l'on prévoit des moyens de contrôle supplémentaires de 1 11 atmosphère du four ou si l'on ajoute à celle-ci de l'humidité par d'au- tres moyens.
Cependant, le fait d'avoir constaté que la décarburation et l'o- xydation préférentielle s'opèrent dans le four utilisé dans la présenteinven- tion, conjointement avec la déshydratation du revêtement d'hydroxyde de ma- gnésium et ne sont ni inhibitées, ni empêchées par celle-ci, présente la plus haute importance.
A simple titre d'exemple on a constaté qu'une tôle d'acier au silicium d'une épaisseur de (09013 inch) 0,30 à 0,35 mm.,contenant initia- lement 0,025 % de carbone;, enduite d9hydroxyde de magnésium, séchée comme décrit ci-dessus en vue de 19 élimination de 1 eau libre,et ensuite soumise à un recuit continu pendant deux minutes à 850 C (15500F), a vu sa teneur en carbone se réduire à 0,0065%, cependant que la teneur en eau de son en- duit a baissé depuis une valeur initiale de 30,5% jusque 2,6% En outre, une quantité suffisante du silicium contenu dans l'acier au silicium a été transformée en silice par oxydation, de fagon à déterminer l'apparition d'un film vitreux satisfaisant au cours des opérations ultérieures.
Les opérations qui viennent d'être décrites étant terminées la tôle d'acier au silicium est empilée lorsquil s'agit de feuilles ou enrou- lée en bobines lorsqu'elle se présente sous la forme d'une bande. Le recuit en caisses s'opère généralement et de préférence dans une atmosphère d'hy- drogène sec à une température de 1150 C (2100 F) ou une température voisine.
Jusqu'à présent, le recuit en 'caisses de tôles enduites d'hydro- xyde de magnésium non déshydraté nécessitait un chauffage très lent jusque 600 C (1100 F) ce qui exigeait 24 à 30 heures pour une charge de 20,3210 tonnes métriques (20 tons). Au cours de ce cycle de chauffage initiale l'eau chimiquement combinée était expulsée de l'hydroxyde de magnésium.
C'est après seulement que la matière traitée pouvait être portée à une tempé- rature de 1150 C (2100 F), ce qui représentait la température de recuit pré- férée. Il fallait environ 50 heures à la suite du cycle ci-dessus., pour porter la matière à la température maximum. La matière était ensuite sou- mise pendant 24 heures à un chauffage constant à 1150 C environ (2100 F), et refroidie lentement à une température inférieure à 530 à 550 C (1000 F) avant de procéder à l'ouverture de la caisse.
En traitant le métal de la fagon conforme à l'invention et ex- posée plus haut., on peut éliminer le stade initial du cycle de chauffage qui vient d'âtre indiqué, le métal pouvant être élevé à la température la plus élevée avec toute la rapidité compatible avec un bon fonctionnement du four, compte tenu du matériel dont on dispose. Ainsi,en abrégeant la durée du cycle,on peut réaliser une économie considérable de combustible ou d'é- nergie. Le contrôle de l'atmosphère dans la caisse de recuit est également facilitée du fait qu'il n'est pas nécessaire d'en extraire les grandes quan- tités, d'humidité qui se dégagent de l'enduit.
Au cours du'recuit, l'acier
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au silicium se voit conférer ses propriétés électriques définitives, ce- pendant que se produisent les phénomènes signalés dans le susdit brevet américain, à savoir la migration de la silice vers les surfaces de la tôle en acier au silicium, où elle se combine avec une partie du magnésium, pour former le mince film vitreux d'épaisseur uniforme contrôlée, qui adhère fer- mement aux surfaces de la tôleo Le restant de la magnésie agit comme sépara- teur durant le recuit et peut être aisément enlevé dans la suite de la tôle recouverte d'un film vitreux.
Il va de soi que la quantité d'eau devant être expulsée pour réaliser la déshydratation peut être rêduite par l'emploi d'oxydes qui s'hydra- tent plus difficilement, cela aussi longtemps que l'on obtient une boue sa tisfaisante pour la formation de l'enduit. Par exemple, la magnésie calcinée à une température élevée s'hydrate moins facilement dans 1 eau que les pro- duits cuits à des températures moins élevées; elle donne néanmoins des boues de revêtement acceptable. Il entre dans le cadre de l'invention de tirer par- ti de ce fait connu. En outre,en parlant de déshvoratation de l'enduit d'hy- droxyde, les inventeurs n'entendent pas se limiter à des traitements dans lesquels toutes les quantités détectables d'eau de combinaison sont expulsées.
Il ressort de l'exemple cité ci-dessus que le procédé selon l'invention vise de préférence un degré de déshydratation tel que la quantité d'eau qui pour- rait éventuellement demeurer dans l'enduit ne puisse pas affecter sensible- ment la température du recuit en caisse.
On peut apporter des modifications à la présente invention,sans s'écarter de l'esprit de celle-ci.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de production de tôles d'acier au silicium, sous la forme de feuilles ou de bandes,à revêtement isolant d'un caractère vi- treux, comprenant les opérations consistant: à déposer sur les surfaces d'une tôle d'acier au silicium un hydroxyde métallique choisi dans le groupe com- prenant l'hydroxyde de magnésium et l'hydroxyde de calcium, cet hydroxyde métallique étant susceptible de se déshydrater pour former un oxyde agissant comme séparateur au cours du recuit., cet oxyde se combinant avec la silice, pour former une substance vitreuse ; à faire passer la tôle ainsi enduite à travers un four continu;
à soumettre la tôle à un traitement thermique à des températures d'environ 800 à 1250 C (15000F) et 900 C (1650 F) dans une atmosphère contenant de l'humidité, chargée d'hydrogène et non oxydante vis- à-vis du fer, de fagon à déshydrater l'hydroxyde, à décarburer la tôle d'a- cier au silicium et à transformer le silicium en silice par oxydation sur les surfaces de la tôle et dans les couches sous-jacentes à celles-ci;
et à recuire ensuite en caisses la tôle ainsi traitée, à des températures voi- sines de 1150 C (2100 F), dans une atmosphère réductrice sèche, en vue de provoquer la migration de la silice vers les surfaces de la tôle et de faire fondre cette silice sur ces surfaces avec une partie dudit oxyde, pour former un revêtement vitreux au contact immédiat de ces surfaces, la quantité restante d'oxyde non combiné étant suffisante pour agir comme sé- parateur de recuit.