Brevet FR2167414A1 — publié le 19730824

La présente invention concerne un rouleau muni d'un dispo- sitif permettant d'abaisser la température de sa table,notamment pour des rouleaux utilisés dans les installations de traitement électro- lytiques en continu des matériaux métalliques ou métallisés en bandes Dans le cas du traitement de telles bandes, on sait que de grandes longueurs de t81es métalliques sont étamées suivant un pro cessue consistant à les faire défiler dans une installation compor tant de multiples rouleaux animés d'un mouvement de rotation. Au cours de ce cheminement, elles sont conduites à passer dans une succession de cuves par le jeu de rouleaux se trouvant, dtune part, au-dessus , et, d'autre part, au fond de ces cuves, de telle sorte que la t81e descende au fond de la cuve et remonte avant de :passer dans la cuve suivante. Ces cuves contiennent habituellement une série de bains constitués par des solutions aqueuses dont la succession constitue un ensemble de traitement complet dtétamage électrolytiques généralement suivant un processus connu. Ce traitement électrolytique d'étamage ne diffère pas sen siblement d'un traitement normal d'étamage; la différence essentiel le consiste dans le/processus d'amenge du courant électrique néces- saire pour les opérations électrolytiques. Ce courant est transféré du générateur à l'axe du rouleau en rotation situé au-dessus des cuves par tout système approprié, par exemple par l'emploi de col lecteurs et de balais ; il est ensuite transféré à la table du rouleau par des flasques conducteurs de l'électricité. La partie délicate du processus est le passage du courant électrique de la table du rouleau en rotation à la t81e métallique qui défile très rapidement dessus; le temps de contact entre les deux pièces en mouvement,est, en conséquence, extrgmement court et, ce pendant, ce contact doit assurer le transfert d'une intensité élec trique très importante qui peut souvent atteindre, suivant les di mensions des rouleaux, de 10 000 à 20 000 Ampères. Afin de répondre à ces impératifs et de retarder l'usure, les tables des rouleau= sont, le plus souvent, réalisées en cuivre ou en t acier cuivré7généralement revOtues dtune couche de chrome dur. La plupart des difficultés rencontrées dans cette opération de transfert de courant électrique proviennent, ou sont aggravées, par l'échauffement du rouleau en raison de l'importance de l'intensiti transférée et de la précarité du contact électrique rëalisé. Cet échauffement accélère les processus de corrosion et de dégradation du rouleau et de la tale@allant parfcisjusqu'à provoquer des arcs et, en chauffant la t81e en cours de traitement, tendent à fauneer le résultat recherché et à faire sécher la t81e, cià qui peut *créer des passivations nuisibles à l'adhérence et à la qualité de l'étamage réalisé. Les rouleau= sont habituellement refroidis par une circula- tion d'eau dans leur corps central creux, mais cette circulation, qui est indispensable, n'est absolument pas suffisante pour les maintenir â une température assez basse pour pouvoir éviter les inconvénients énumérés ci-dessus. . La Demanderesse a trouvé que l'on obtient une bien meilleure évacuation de calories libérées, et de ce fait que l'on pouyait main tenir très basse la température des tables des rouleaux, lorsque ceux-ci fonctionnent à grandes vitesses et sous de fortes intensités, en les équipant de façon qu'ils soient utilisables non seulement dans les installations d'étamage en continu, mais encore dans toutes les installations de traitements électrolytiques en continu dans lesquelles des bandes métalliques ou métallisées, généralement en- roulées en bobines, défilent à travers les cuvez de traitement pour s'enrouler sur une deuxième bobine analogue à la première. Un rouleau selon l'izrvention est essentiellement caractérisé le fluide de refroidissement, et dont les t9tes sont recouvertes d'une couche de métal bon conducteur de la chaleur# s'étendant sur toute la surface de ladite table. Suivant d'autres caractéristiques - le métal bon conducteur de la chaleur est le cuivre ; - au moins une partie des chevilles plongeant dans l'eau est 45 sur les génératrices et les parallèles du cylindre que constitue le rouleau ; - le rouleau peut comporter des rainures suivant une dispo- sition régulière dans le rev9tement de métal bon conducteur de la chaleur, entre les rangées de chevilles ; et les parallèles du cylindre, entre les rangées de chevilles ; - la queue des chevilles en contact avec le fluidé-de rè- froidissement présente un profil formé d'une suite d'ailettes ou d'olives. Pour la fabrication d'un rouleau tel que défini ci-dessus, Ie procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que l'on ménage des emplacements régulièrement espacés de che- villes radiales sur une âme d'acier rev9tue d'une couche de métal bon conducteur de la chaleur, que l'on y fixe lesdites chevilles, que l'on usine la table du rouleau muni des chevilles, que l'on revêt ladite table usinée d'une nouvelle couche de métal bon con- ducteur de la chaleur et que l'on effectue un traitement ultérieur de la surface du rouleau ainsi obtenu. Suivant d'autres caractéristiques - le traitement de surface consiste à effectuer une fini- du cylindre, et à disposer une couche de chrome dur sur la table de rouleau ainsi obtenue. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés. Sur ces dessine la figure 1 représente une vue partielle en coupe de la paroi d'un rouleau muni de chevïlles selon l'invention ; la figure 2 représente une variante possible de réalisation de la queue d'une cheville ; la figure 3 représente une vue partielle en coupe de la paroi d'un rouleau selon l'invention, muni de chevilles et de rainures selon l'invention ; et les figures 4a et 4b représentent la surface développée par- tielle d'un rouleau selon l'invention, respectivement avec et sans rainures. En se référant aux figures 1 à 3 , le rouleau comprend une Ame 1 d'acier. Cette âme est revêtue, de façon connue en soi, après traitements usuels de dégraissage et de décapageq d'une couche mince de nickel électrolytique 2 destinée à protéger l'acier contre la corrosion, notamment par l'eau de refroidissement de la surface interne du cylindre, ce qui aggrave l'entartrage,et à permettre ultérieurement le revêtement de la surface extérieure du cylin- dre par bains de cuivrage acides. Cette couche 2 est revêtue d'une couche de cuivre 3. Suivant une variante, la couche de nickel 2 peut être remplacée par une couche de cuivre obtenue à partir d'un bain de cuivrage alcalin, ou bien l'ensemble des deux cou- ches 2 et 3 peut être remplacé par une couche unique de cuivre épais obtenu à partir d'un bain de cuivrage alcalin. Les chevilles de cuivre 4 comportent une tète 5 qui peut être par exemple de forme cylindrique et présenter sur sa surface supérieure un fraisage de faible profondeur. La queue 6 des che- villes d'un diamètre plus faible que celui de la tête, peut, dans la partie qui se trouve prise dans l'acier, être lisse ou de préférence filetée ; elle se termine par une partie destinée à plonger dans 1e fluide de refroidissement, par exemple de l'eau. Cette dernière partie,de longueur appropriée, est lisse ou, mieux, présente un profil formé d'une suite d'olives 8 ou dtailettes 9 .figure 2) successives ; elle est protégée contre la corrosion par une couche mince de nickel 10 qui peut être avantageusement étendue à la cheville entière (voir figure 1). Dans la table préparée comme indiqué ci-dessus, sont intro- duites les chevilles après usinage des logements qui leur sont destinés. ha tête de chaque cheville est en contact â la fois avec la couche superficielle de cuivre 3 et avec l'acier, et elle dépasse à ce stade la surface de la couche de cuivre 3. On monte la cheville très serrée dans son logemerl, soit que la queue lisse soit emmanchée à frottement dur dans son logement en acier, soit de préférence qu'elle soit vissée dans le logement préalablement taraudé, grâce au fraisage prévu dans sa tète. Ainsi qu'il a été indiqué plus haut, la cheville se prolonge dans la partie creuse du rouleau, dans laquelle circule l'eau de refroidissement E, de façon connue en soi. Après arasement de la tête de la cheville au niveau du dépt de cuivre 3, on enlève par usinage une faible épaisseur de cuivre dans ce dépat et dans la tête des chevilles. Au cours de ces opérations, les têtes des chevilles ont perdu une hauteur telle qu'elle élimine complètement le fraisage initial. Après cette opération, la couche de cuivre 3 subsistant à la surface de l'acier nickelé 2 ne comporte aucun défaut ni aucune diseonsti- nuité entre la couche de cuivre et la surface de la tête des chevilles qui doivent être en contact intime. On procède alors au dép8t électrolytique d'une deuxième couche de cuivre 11 sur la totalité de la surface de la table. Cette couche de cuivre 11 doit recouvrir uniformément la pre- mière couche 3 et les têtes 5 des chevilles. On procède ensuite à un usinage de cette deuxième couche de cuivre par la mise à la cote finale, en laissant l'épaisseur nécessaire, en général 0,2 mm au rayon, pour la mise en place ultérieure de la couche de chrome dur. Après cet usinage, le rouleau présente une surface unifor- me de cuivre, sans défauts, recouvrant complètement les tètes des chevilles dont les emplacements ne sont plus visibles, ni signalés par une anomalie quelconque. La deuxième couche de cuivre bloque complètement les chevilles dans le corps du rouleau. Suivant une variante avantageuse, donnant un rouleau rai- nuré, on pratique par usinage dans la surface cuivrée constituée améliorent le contact entre 1e rouleau et la bande en traitement, ces rainures 12 facilitent accessoirement l'écoulement de l'électrolyte restant en surface de la plaque, qui, de ce fait, ne subsiste pratiquement plus sur les points de contact. Sur la surface de cuivre du rouleau ainsi usinée on effectue tous traitements nécessaires pour l'usage auquel on le destine ; en général, on procède à un grenaillage ou à une rec- tification finale. La surface de cuivre ainsi préparée peut recevoir un revêtement électrolytique de chrome dur 13, destiné à éviter l'usure du rouleau par frottement contre la t8le mouillée de divers électrolytes. En se référant aux figures 4a et 4b, les dimensions et le nombre de chevilles sont fonction des dimensions du rouleau et de la quantité de chaleur à évacuer. La disposition des che- villes doit cependant être soigneusement étudiée digne chaque cas, afin d'une part d'éviter d'affaiblir certaines génératrices ou certains parallèles du cylindre et, d'autre part, d'assurer un refroidissement régulier et uniforme de la surface entière du rouleau. I1 parait avantageux de disposer les chevilles sur des hélices inclinées à 45 sur les génératrices G1 -G2 et les paral lèles, de façon qu'elles soient équidistantes. Une telle disposition peut être calculée de la façon suivante a) si ni est le nombre de chevilles de la première rangée périphérique R1, i l'intervalle entre deux chevilles et D le dia- mètre du rouleau (ramené à la longueur développée Z1 sur les figures 4a et 4b), on a : n1 i = n D b) si n2 est le nombre de chevilles de la première rangée génératrice G1 correspondant à n1 et 12 la longueur du rouleau, on a: n2 1 = 12 c) si N est le nombre calculé de chevilles nécessaires au refroidissement, on a : N = n1 (2 n2 @- I ) ti) lorsqu'on cornait N, D et h2 on peut calculer n1, n2 et i. le nombre et les dimensions des rainures 12 peuvent varier dans de larges limites. Au cas ou les chevilles sont disposées sur des hélices, il est avantageux de tracer deux séries de rainures hélicoidales parallèles entre elles à l'intérieur de chaque série, ces séries étant perpendiculaires entre elles ainsi que le montre la figure 4a, et équidistantes des rangées des chevilles. La pro fondeur des rainures doit être inférieure à l'épaisseur du revê= terrent conducteur dans le cas où l'on utilise un rouleau portant un revêtement métallique, par exemple un rouleau d'acier cuivré. On peut naturellement, si cela est nécessaire, augmenter la pro fondeur des rainures en augmentant l'épaisseur du revêtement. Le rouleau selon l'invention permet donc un acheminement plus facile des calories de la surface vers la zone de refroidis sement et augmente la surface métal-eau de refroidissement. Lors- qu'il comporte des rainures, il favorise également le contact de la bande avec les parties de la table où cet acheminement et ce refroidissement sont les plus efficaces et permet d'éviter en ces endroits la présence d'électrolytes, cause importante de la formation d'arcs. A titre d'exemple explicatif, mais nullement limitatif, on peut réaliser un rouleau conforme à l'invention comportant de 6 & de diamètre et 6 mm de hauteur (avant usinage) une queue de 6 mm de diamètre, en contacyavec les 50 mm de la paroi d'acier de l'âme. l'gme et les chevilles comportent une couche de nickel de 0,03 à 0,05 mm d'épaisseur, la table du rouleau étant revOtue de deux couches de cuivre de 0,5 mm d'épaisseur après leurs usinages respec tifs. Les rainures ont sensiblement 0,5 mm de profondeur. Le mode de réalisation et la structure du dispositif ont été décrits dans le cas des rouleaux d'amenée du courant sur les bains d'étamage maintenus à basse température malgré l'emploi de vitesses et d'intensités élevées. Cependant, l'emploi de ce dispositif est également avantageux dans le cas de rouleaux différents ou utilisés dans d'autres installations de traitements électrolytiques en con tinu, en particulier dans le cas des rouleaux en cuivre massif, car il permet alors, en améliorant l'évacuation des calories, de trans férer des intensités beaucoup plus importantes que celles habituel lement employées, sans provoquer d'échauffements notables du rouleau. Les rouleaux selon l'invention peuvent, après un long usage, présenter des traces d'usure superficielle, de grippage, de vieil lissement ou des dégradations par formation d'arcs ; ils sont alors facilement rénovés, car il suffit de les déchromer, d'usiner le cuivre si nécessaire, puis de déposer une nouvelle couche de cuivre, d'usiner à nouveau la surface et de creuser les rainures puis de chromer comme indiqué précédemment. La présence des chevilles en cui- vre ne crée aucune difficulté supplémen & ire pour effectuer cette rénovation. Il est bien entendu que la présente invention n'a été dé crite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra y aîporter toute équivalence technique sans pour autant sor tir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Rouleau métallique à circulation intérieure de fluide de refroidissement, destiné à l'amenée du courant électrique pour le traitement en continu de bandes métalliques ou métallisées, du type comportant une Ème creuse d'acier revètue de métal bon con ducteur de la chaleur et éventuellement d'une couche de chrome dur, caractérisé par le fait qu'il est muni de chevilles radiales en métal bon conducteur de la chaleur, disposées régulièrement à la surface de sa table, dont la queue se prolonge à travers l'épaisseur de la paroi.dudit rouleau jusque dans le fluide de refroidissement, et dont les têtes sont recouvertes d'une couche de métal bon conducteur de la chaleur, s'étendant sur toute. la surface de ladite table. 2. Rouleau selon la revendication 1, dans lequel le métal bon conducteur de la chaleur est le cuivre. 3. Rouleau selon les revendications 1 et 2, dans lequel au moins une partie des chevilles plongeant dans l'eau est nickelée. 4. Rouleau selon la revendication 3, dans lequel les che villes sont disposées selon des hélices inclinées de préférence à 45 sur les génératrices et les parallèles du cylindre que constitue le rouleau. 5. Rouleau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant des rainures suivant une disposition régulière dans le revêtement de métal bon conducteur de la chaleur, entre les rangées de chevilles. 6. Rouleau-selon la revendication 5, dans lequel les rai nures sont disposées suivant deux séries, se coupant entre elles,d'hélices inclinées de préférence à 45 sur les génératrices et les parallèles du cylindre, entre les rangées de chevilles. 7. Rouleau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la queue des chevilles en contact avec le fluide de refroidissement présente un profil formé d'une suite d'ailet tes ou d'olives. 8. Procédé de fabrication d'un rouleau selon l'une quel conque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'on ménage des emplacements régulièrement espacés de chevilles radiales sur une àme d'acier revêtue d'une couche de métal bon conducteur de la chaleur, que l'on y fixe lesdites chevilles, que l'on usine la table du rouleau muni des chevilles, que l'on revêt ladite table usinée d'une nouvelle couche de métal bon conducteur de la chaleur et que l'on effectue un traitement ultérieur de la surface du rouleau ainsi obtenu. 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le trai- tement de surface consiste à effectuer une finition par usinage et à réaliser - .des -ru-inureiff en hélice. inoli"e à 45 sur les génératrices et les parallèles du cylindrey et à dé- poser une couche de chrome dur sur la table du rouleau ainsi obtenu. 10. Installation de traitement en continu de bandes métal- liqueqbu métallisées comportant un rouleau selon lune quelconque des revendications 1 à 7.