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Title:
METHOD OF DRYING AND/OR CURING AN ORGANIC COATING ON A CONTINUOUSLY RUNNING METAL STRIP, AND DEVICE FOR IMPLEMENTING THIS METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/136010
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method of drying and/or curing an organic coating on a continuously running metal strip (2), which comprises the heating of the strip (2) by electromagnetic induction in a tunnel oven (1), comprising an enclosure (11) with hot internal walls (12), and the heating of the enclosure (11). According to the invention, the heating of the strip (2) by electromagnetic induction is coupled with heating by infrared radiation and heating by convection by means of a combustion gas, and the heating of the enclosure (11) of the oven (1) is performed by convection by means of the same combustion gas as that used for heating said strip (2) by convection. The present invention also relates to a facility (1) for implementing the method of the invention.

Inventors:
BORREL, Pierre-Jerôme (9 rue des Poilus, Saint-Chamond, Saint-Chamond, F-42400, FR)
Application Number:
FR2008/000650
Publication Date:
November 12, 2009
Filing Date:
May 08, 2008
Export Citation:
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Assignee:
Siemens VAI Metals Technologies SAS (51 rue Sibert, Saint-Chamond, Saint-Chamond, F-42403, FR)
BORREL, Pierre-Jerôme (9 rue des Poilus, Saint-Chamond, Saint-Chamond, F-42400, FR)
International Classes:
F26B3/28; B05D3/02; B05D7/14; F26B3/34; F26B13/10
Foreign References:
EP1508383A22005-02-23
US5586877A1996-12-24
EP0445556A11991-09-11
FR1553899A1969-01-17
DE19625548A11998-01-02
Attorney, Agent or Firm:
FISCHER, Michael (Postfach 221634, München, D-80506, DE)
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Claims:

REVENDICATIONS

1. Procédé de séchage et/ou de cuisson d'un revêtement organique protecteur et/ou décoratif sur une bande métallique en défilement continu, comprenant : i) le chauffage par induction électromagnétique de ladite bande (2) dans un four tunnel (1) comportant une enceinte (11) avec des parois internes (12) chaudes, pour évaporer les solvants contenus dans la composition du revêtement organique et assurer le séchage et/ou la cuisson du revêtement, les solvants étant extraits en continu de l'enceinte (11) du four (1), et ii) le chauffage de l'enceinte (11) pour maintenir lesdites parois internes (12) à une température égale ou supérieure au point de rosée des solvants, caractérisé en ce que le chauffage de ladite bande

(2) par induction électromagnétique est couplé, de manière simultanée et complémentaire, à un chauffage par rayonnement infrarouge et un chauffage par convection au moyen d'un gaz de combustion, et en ce que le chauffage ii) de l'enceinte (11) du four (1) est réalisé par convection au moyen du même gaz de combustion que celui utilisé pour le chauffage par convection de ladite bande (2) .

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage par rayonnement infrarouge est réalisé à l'aide d'au moins un émetteur de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique (5) disposé dans l'enceinte (11) du four (1), ledit émetteur (5) comprenant une structure catalytique composée d'un élément catalytique imprégné d'une matière catalytique de

combustion à la surface duquel est injecté un gaz de combustion ou un mélange d'air et de gaz de combustion, et en ce que le chauffage par convection des parois (12) de l'enceinte (11) et de la bande (2) est assuré par l'oxydation du gaz de combustion qui est injecté à la surface de l'élément catalytique dudit émetteur de rayonnements infrarouges (5) .

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rayonnement infrarouge a une longueur d' onde comprise entre 3 et 10 μm.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les solvants évaporés lors du chauffage de la bande d'acier (2) sont partiellement oxydés sur la structure catalytique des émetteurs de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique (5) .

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la répartition des différents modes de chauffage de la bande

(2) évolue dans l'enceinte (11) du four (1) selon le sens de défilement (8) de la bande (2) dans ladite enceinte

(11), l'apport de chaleur par induction étant majoritaire à l'entrée (E) de l'enceinte (11) du four (1) et l'apport de chaleur par rayonnement et par convection étant majoritaire à la sortie (S) de l'enceinte (11) du four

(1), avec une diminution progressive de l'apport de chaleur par induction concomitamment avec une augmentation progressive de l'apport de chaleur par convection et par rayonnement entre l'entrée (E) et la

sortie (S) de l'enceinte (11) selon le sens de défilement (8) de la bande (2) .

6. Dispositif de cuisson et/ou séchage d'un revêtement organique protecteur et/ou décoratif préalablement déposé sur une bande métallique, comprenant :

- un four tunnel (1) comportant une enceinte (11) avec des parois internes chaudes (12), ladite enceinte (11) étant équipée :

" de moyens de chauffage par induction électromagnétique (4) de la bande (2) qui traverse le four (1) , et

" de moyens de chauffage (5) des parois de l'enceinte, et

- des moyens (3) pour déplacer la bande (2) munie de son revêtement organique (21) d'une entrée (E) située à une première extrémité de l'enceinte (11) du four (1) à une sortie (S) située à l'autre extrémité de ladite enceinte (11), ledit dispositif étant caractérisé en ce que les moyens de chauffage (5) des parois (12) de l'enceinte

(11) comprennent des moyens de chauffage par convection à l'aide d'un gaz de combustion, qui constituent également des moyens de chauffage de la bande (2) munie de son revêtement, et en ce que ledit dispositif comporte en outre des moyens de chauffage par rayonnement infrarouge (5) de ladite bande (2) munie de son revêtement.

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de chauffage par

rayonnement infrarouge et les moyens de chauffage par convection (5) sont constitués par au moins un émetteur de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique, comprenant une structure catalytique composée d'un élément catalytique imprégné d'une matière catalytique de combustion à la surface duquel est injecté un gaz de combustion ou un mélange d'air et de gaz de combustion.

8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les moyens de chauffage par induction (4) comprennent une pluralité d'inducteurs répartis le long de l'enceinte (11) entre l'entrée (E) du four (1) et la sortie (S) dans le sens de défilement (8) de la bande (2) .

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les moyens de chauffage par infrarouge (5) comprennent une pluralité d'émetteurs de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique répartis le long de l'enceinte (11) dans le sens de défilement et disposés de part et d'autre de la bande (2) .

10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les inducteurs (4) et les émetteurs infrarouges (5) sont répartis alternativement le long de 1' enceinte.

11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu' il comporte un système de contrôle pour régler le nombre et l'emplacement des inducteurs (4) en service ainsi que leur alimentation électrique, ainsi

que le nombre et l'emplacement des émetteurs à infrarouge (5) en service ainsi que leur alimentation en gaz combustible ou en mélange air/gaz combustible.

Description:

Procédé de séchage et/ou de cuisson d'un revêtement: organique sur une bande métallique en défilement continu, et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé

L' invention se rapporte de manière générale au séchage et/ou la cuisson de revêtements organiques tels que des peintures ou des vernis sur des bandes métalliques en défilement continu.

Des revêtements organiques tels que des peintures ou des vernis sont déposés sous forme liquide sur les bandes d'acier en défilement continu. Il est donc nécessaire de procéder à un séchage et/ou une cuisson de ces revêtements avant que lesdites bandes puissent être défléchies ou soutenues par des rouleaux et, bien entendu, avant d'être bobinées.

Afin d'accélérer leur séchage et donc de diminuer en conséquence la longueur des installations, il est connu de l'homme de l'art d'utiliser des dispositifs de chauffage pour accélérer l' évaporation des solvants contenus dans ces revêtements de nature organique. Après enduction, les bandes d'acier passent donc dans une enceinte chauffée où les solvants sont évaporés et extraits de manière continue afin de limiter leur concentration dans l'enceinte en deçà du seuil d' explosivité. Ils sont ensuite dirigés vers des unités d' incinération.

Une technique couramment utilisée pour l'opération de séchage consiste à chauffer la bande par induction. Ce procédé donne d' excellents résultats car les inducteurs chauffent la bande qui, à son tour, chauffe le revêtement, ce qui facilite l' évaporation des solvants.

Le chauffage par induction présente toutefois l'inconvénient de ne pas chauffer les parois de l'enceinte du four, ce qui a pour conséquence que leur température reste inférieure au point de rosée des solvants. Il s'ensuit des risques de condensation des vapeurs de solvants sur les parois, sur les circuits de refroidissement des inducteurs... Outre les risques d'inflammation provoqués par d'éventuelles accumulations de solvants condensés, des gouttes de condensats peuvent aussi tomber sur la bande en cours de séchage et créer des défauts d'aspect et/ou une protection insuffisante.

Pour pallier ces inconvénients, différentes techniques ont été développées, mettant en œuvre un chauffage par induction des parois internes de l'enceinte d'un four, jusqu'à ce que ses parois soient à une température supérieure du point de rosée des solvants. Ainsi, le brevet américain US 4,370,357 divulgue une installation comprenant une enceinte, dans laquelle de l'azote circule de manière constante en circuit fermé, ce qui permet de porter la température de l'azote, et donc de l'enceinte, au-dessus du point de rosée du mélange d'azote et de vapeurs de solvants. L'installation comporte, dans le circuit de circulation de l'azote, un dispositif de séparation des solvants et de l'azote qui est récupéré sous forme liquide. Enfin, des dispositions complexes sont prises pour canaliser les solvants condensés sur les tuyauteries de refroidissement des inducteurs .

L'homme de l'art a cherché à améliorer l'installation décrite dans le brevet US 4,370,357 en mettant en place, dans une enceinte de chauffage comprenant des inducteurs, une insufflation continue

d'air chaud dans l'enceinte afin de réchauffer les inducteurs et les parois au-dessus du point de rosée des solvants, ainsi qu'une une extraction continue du mélange air chaud/vapeurs de solvants qui est ensuite incinéré. Un tel procédé de chauffage, qui est plus simple que celui du brevet américain US 4,370,357, est notamment décrit dans le brevet européen EP 0 744 222. Il présente toutefois l'inconvénient de consommer beaucoup plus d'énergie que celui du brevet américain US 4,370,357, notamment pour réchauffer l'air d'une part et pour alimenter les brûleurs d'incinération d'autre part.

Par ailleurs, ont été développées des enceintes de chauffage comportant des dispositifs supplémentaires de chauffage des parois de l'enceinte, qui sont indépendants des moyens de chauffage de la bande. Ainsi, dans la demande de brevet européen EP 1 508 383 des moyens de chauffage supplémentaires tels que des moyens de chauffage par induction ou par résistance électrique ont été mis en place dans l'enceinte du four pour le chauffage des parois. De tels procédés résolvent certes le problème de la condensation, mais cela au prix d'une consommation importante d' énergie qui ne contribue même pas directement au processus de cuisson.

Enfin, dans la demande de brevet européen EP 0 132 248, des moyens de chauffage autres que l'induction consistant notamment en des sources de radiations infrarouges ont été mis en place dans une enceinte de chauffage pour chauffer à la fois le revêtement et l'atmosphère de l'enceinte. Même si le brevet européen EP 0 132 248 indique que le bilan énergétique d'une telle installation est amélioré par rapport à des installations fonctionnant avec des moyens de chauffage par induction,

celle-ci nécessite néanmoins un balayage constant de l'enceinte par un gaz inerte à cause du risque d' inflammation des vapeurs de solvant au contact des éléments actifs des radiants infrarouges. Bien que la nature de ces éléments radiants ne soit pas explicitement décrite dans EP 0 132 248, l'homme de l'art peut raisonnablement penser qu'ils sont électriques (et donc non catalytiques) , puisque leur mise en place dans l'enceinte nécessite l'absence d'oxygène dans l'enceinte. L'invention se propose en conséquence d'apporter une solution permettant de conserver tous les avantages du chauffage par induction tout en résolvant les problèmes de condensation des vapeurs de solvants, et sans toutefois présenter les inconvénients des solutions de l'art antérieur susmentionnées.

Plus particulièrement, la présente invention a pour objet un procédé de séchage et/ou de cuisson d'un revêtement organique protecteur et/ou décoratif sur une bande métallique en défilement continu, comprenant : i) le chauffage par induction électromagnétique de la bande dans un four tunnel, qui comporte une enceinte avec des parois internes chaudes, pour évaporer les solvants contenus dans le revêtement organique et assurer le séchage et/ou la cuisson du revêtement, les solvants étant extraits en continu de l'enceinte de four, et ii) le chauffage de l'enceinte pour maintenir lesdites parois internes à une température égale ou supérieure au point de rosée des solvants.

Le chauffage par induction électromagnétique de la bande munie de son revêtement présente l'avantage de chauffer le revêtement organique (par exemple une peinture ou un vernis) par un apport de chaleur en

provenance de la bande qui est transmise par conduction au revêtement, selon un gradient d'établissant depuis l'interface entre le revêtement et la bande vers la surface externe libre du revêtement, ce qui facilite l' évaporation des solvants.

Le chauffage de l'enceinte pour maintenir la température de ses parois internes au-dessus du point de rosée des solvants permet de limiter les risques de condensation des vapeurs des solvants sur les parois de l'enceinte notamment, ou sur les circuits de refroidissement des indicateurs.

Selon la présente invention, le chauffage par induction électromagnétique de la bande munie de son revêtement est couplé, de manière simultanée à deux autres modes de chauffage complémentaires du premier mode par induction, à savoir un chauffage par' rayonnement infrarouge et un chauffage par convection au moyen d'un gaz de combustion, et le chauffage de l'enceinte est réalisé par convection au moyen du même gaz de combustion que celui utilisé pour le chauffage par convection de la bande.

La bande métallique peut être en acier, notamment galvanisé, ou en aluminium.

Le procédé suivant l'invention offre de nombreux avantages par rapport aux procédés connus de l'art antérieur évoqués précédemment.

Ainsi, le chauffage de la bande par rayonnement infrarouge présente l'avantage que le rayonnement infrarouge pénètre à l'intérieur du revêtement jusqu'à l'interface entre la bande et le revêtement, de sorte que le séchage et/ou la cuisson du revêtement s'opère à partir de la surface externe du revêtement jusqu'à

l'interface avec la bande. Cela permet d'éviter la formation de boursouflures dans le revêtement, tout en assurant une température de cuisson élevée.

Par ailleurs, le chauffage par combustion à l'aide d'un gaz de combustion s'applique à la fois à l'enceinte et à la bande, et plus particulièrement au revêtement selon un gradient s' établissant depuis la surface externe libre du revêtement vers son interface avec la bande.

De manière particulièrement avantageuse, le chauffage par rayonnement infrarouge est réalisé à l'aide d'au moins un émetteur de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique disposé dans l'enceinte du four tunnel, ledit émetteur comprenant une structure catalytique composée d'un élément catalytique imprégné d'une matière catalytique de combustion à la surface duquel est injecté un gaz de combustion ou un mélange d'air et de gaz de combustion, et en ce que le chauffage par convection des parois de l'enceinte et de la bande est assuré par l'oxydation du gaz de combustion qui est injecté à la surface de l'élément catalytique dudit émetteur de rayonnements infrarouges.

Il s'agit d'un émetteur de rayonnements infrarouges (ou radiant catalytique à gaz) qui présente un très large spectre de longueur d'onde, idéalement entre 3 et 10 μm, couvrant toute la gamme des longueurs d'ondes absorbées par les revêtements organiques, ce qui permet d'assurer ainsi un séchage et/ou une cuisson efficace du revêtement organique par rayonnement.

A titre de radiants catalytiques à gaz utilisable selon la présente invention, on peut notamment citer ceux décrits dans le brevet européen EP 0 754 911. Ce sont des

émetteurs de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique comportant :

- un caisson, une structure catalytique constituée d'un élément imprégné d'une matière catalytique de combustion,

- un organe d'injection d'un gaz combustible situé dans le caisson et débouchant à la surface de l'élément imprégné,

- un générateur d'air à turbine envoyant de l'air sous pression dans le caisson sur toute la surface de l'élément imprégné, et

- des moyens de chauffage électrique de l'élément imprégné .

On peut également citer les thermo-réacteurs commercialisés par la société SUNKISS.

L'oxydation du gaz combustible, par exemple du propane ou du gaz naturel, en surface des éléments catalytiques apporte en outre l'énergie nécessaire au chauffage par convection de l'enceinte et, en partie l'énergie nécessaire au séchage et/ou la cuisson du revêtement sans toutefois atteindre les températures élevées propres à la combustion vive.

D'autre part, les structures catalytiques des radiants catalytiques à gaz assurent une oxydation partielle des vapeurs de solvants qui offre le double avantage de renforcer le chauffage par convection et de réduire la quantité de vapeurs de solvants à incinérer, ce qui améliore encore le bilan thermique de l'opération.

L'oxydation des vapeurs de solvants et la relativement basse température d'oxydation en surface des éléments catalytiques permettent de rester en dehors des conditions d'auto-inflammation et il n'est donc pas

nécessaire d'assurer un balayage de l'enceinte avec un gaz neutre.

La présente invention a également pour objet un dispositif de cuisson et/ou séchage d'un revêtement organique protecteur et/ou décoratif préalablement déposé sur une bande métallique, qui peut être en acier, notamment galvanisé, ou en aluminium, ledit procédé comprenant :

- un four tunnel comportant une enceinte avec des parois internes chaudes, ladite enceinte étant équipée :

" de moyens de chauffage par induction électromagnétique de la bande qui traverse le four, et

" de moyens de chauffage des parois de l'enceinte, et

- des moyens pour déplacer la bande munie de son revêtement organique d'une entrée située à une première extrémité de l'enceinte du four à une sortie située à l'autre extrémité de ladite enceinte. Selon l'invention, les moyens de chauffage des parois internes de l'enceinte comprennent des moyens de chauffage par convection à l'aide d'un gaz de combustion, qui constituent également des moyens de chauffage de la bande munie de son revêtement, et le dispositif selon l'invention comporte en outre des moyens de chauffage par rayonnement infrarouge de ladite bande munie de son revêtement.

Avantageusement, les moyens de chauffage par rayonnement infrarouge et les moyens de chauffage par convection sont constitués par au moins un émetteur de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique, comprenant une structure catalytique composée d'un

élément catalytique imprégné d'une matière catalytique de combustion à la surface duquel est injecté un gaz de combustion ou un mélange d'air et de gaz de combustion.

On utilise avantageusement dans le dispositif selon l'invention à titre d'émetteurs de rayonnements infrarouges des émetteurs tels que ceux décrits dans le brevet européen EP 0 754 911 Bl ou encore des thermoréacteurs de la société SUNKISS, comme indiqué ci- dessus . Avantageusement, les moyens de chauffage par induction comprennent une pluralité d'inducteurs répartis le long de l'enceinte, entre l'entrée du four et la sortie, dans le sens de défilement de la bande.

Avantageusement, les moyens de chauffage par infrarouge comprennent une pluralité d'émetteurs de rayonnements infrarouges à brûleur catalytique répartis le long de l'enceinte dans le sens de défilement et disposés de part et d'autre de la bande.

De préférence, le chauffage par induction est assuré par plusieurs inducteurs répartis le long de l'enceinte, dans le sens de défilement de la bande, et le chauffage aux infrarouges par des batteries de radiants catalytiques (ou émetteurs de rayonnements infrarouges) disposées de part et d'autre de la bande, alternativement avec les inducteurs. Cette répartition fractionnée permet de moduler l'énergie de cuisson apportée par chaque moyen de chauffage le long de la bande. Par exemple, en suivant le sens de défilement de la bande, l'essentiel de l'énergie peut être d'abord apportée par induction puis, progressivement, la part de l'induction diminue au profit du rayonnement. D'autres répartitions des moyens de chauffage (en particulier les inducteurs et les radiants

catalytiques) peuvent également être envisagées en fonction de la modulation souhaitée de l'énergie de cuisson.

Afin d' adapter la répartition des énergies de cuisson entre induction et infrarouges le long de la bande, le dispositif selon l'invention contient avantageusement un système de contrôle, qui est apte à régler le nombre et l'emplacement des inducteurs en service ainsi que leur alimentation électrique. Ce même système de contrôle est également apte à régler le nombre et l'emplacement des radiants en service ainsi que leur alimentation en gaz ou en mélange air/gaz.

D' autres caractéristiques avantageuses de l'invention apparaîtront dans la description suivante de certains modes de réalisation donnés à titre de simple exemple et représentés sur les dessins annexés :

- la figure est un schéma de principe en coupe d'un premier exemple de dispositif de cuisson et/ou de séchage selon l'invention, - la figure 2 est un schéma de principe en coupe d'un second exemple de dispositif de cuisson et/ou de séchage selon l'invention.

Le dispositif de séchage et/ou cuisson représenté sur la figure 1 comprend - un four 1, de préférence vertical et formant tunnel, qui est traversé par une bande d'acier 2 sur laquelle a été préalablement déposée un revêtement organique de type vernis ou peinture , et des moyens 3 (par exemple des rouleaux déflecteurs) pour déplacer la bande 2 d'une entrée E située à une première extrémité de l'enceinte 11 du four

1 à une sortie S située à l'autre extrémité de ladite enceinte 11,

Le four 1 comporte une enceinte 11 à parois internes chaudes (non représentées sur les figures 1 et 2) , qui est équipée :

" d'une pluralité d'inducteurs 4 répartis le long de l'enceinte 11, et

" d'une pluralité d'émetteurs infrarouges à brûleur catalytique 5 (ou radiants catalytiques) disposés de part et d'autre de la bande 2 alternativement avec les inducteurs 3.

Le dispositif 1 comporte également une chambre de récupération 6 des gaz oxydés et des solvants résiduels, qui sont dirigés vers un dispositif d'incinération 7.

La chambre de récupération 6 est disposée entre deux inducteurs 4 dans le tiers médian de l'enceinte 11 du four 1. Le dispositif 1 de séchage et/ou cuisson représenté sur la figure 2 diffère de celui représenté sur la figure 1 par la position de la chambre de récupération 6, qui se trouve dans le tiers supérieur de l'enceinte 11. Par ailleurs, la figure 2 montre également un exemple possible de répartition des puissances des différents moyens de chauffage 4, 5 disposés le long de l'enceinte 11 avec, en bas de l'enceinte, des inducteurs fonctionnant à pleine puissance (W) afin de faciliter le chauffage du revêtement par conduction à partir de la bande 2 et favoriser la vaporisation des solvants. La puissance des inducteurs diminue ensuite pour atteindre

une faible puissance (W/4) en haut de l'enceinte. Les radiants catalytiques fonctionnent, au contraire, à pleine puissance (W) en haut de l'enceinte 11 afin de favoriser la réticulation du revêtement et à basse puissance (W/4) en bas afin de ne pas entraver l'effet bénéfique du chauffage par la bande 2 sur l' évaporâtion des solvants .