Brevet FR2167413A1 — publié le 19730824

La présente invention concerne des rouleaux utilisés dans les installations de traitements électrolytiques en continu de matériaux métalliques ou métallisés en bandes. L'invention concerne en titre un procédé de fabrication de tels rouleaux. Les traitements électrolytiques, de t31es, feuillards et en général de tous materiaux méta71'ques ou métallisés en bandes en vue de les rev8tir d'un dépit métallique sont ccuramm.ent effectués en continu. On effectue notamment en continu ltétamage des tales en rouleaux en vue de les protéger contre la corrosion au cours de leur transport et de leur stockage ou en vue de leur utilisation finale, pour des questions d'aspect et de possibilité de soudure à l'étain grâce à la sous-couche|étain-fer, ce qui est intéressant pour la réalisation d'emballages. Dans les installations utilisées pour réaliser ces traitements électrolytiques en continu, la ttle à traiter passe dans une succession de cuves contenant les baxns de traitement, par le Jeu de rouleaux se trouvant, une part, au-dessus des cuves et, d'autre part, au fond des cuves, de telle sorte que la bande descende au fond de chaque cuve et en remonte avant de passer dans la cuve suivante. Le courant électrique nécessaire pour l'exécu- tion du processus electrolytique est transmis en continu à la t8- le en cours de traitement par l"ntermédlaire des rouleaui se trouvant au-dessus des cuves.Dans ce but, le courant est d'abord amené du générateur à ltaxe du rouleau en rotation par un ensemble approprié, par exemple de collecteurs et de balais; il passe ensuite de cet axe au rouleau lui-même qui doit, bien entendu , autre constitué dtun matériau conducteur de l'électricité; il est ensuite transféré du rouleau en rotation à la tôle en cours de défilement. Des nécessités économiques de rendement, et diverses contrain- tes techniques, rendent nécessaire de faire défiler la ttle à traiter à grande vitesse et provoquent de ce fait des difficultés provenant de l'effort de traction imposé et de a naissance de vibrations et de frotteront qui créent une importante usure des rouleaux et une certaine précarité du contact électrique entre pièces en mouvement,appliquées l'une contre l'autre perdant un temps très court, temps pendant lequel une intensité électrique très importante, qui peut atteindre, suivant les dimensions des rouleaux, 10 000 à 20 000 ampères, doit autre transférée. Afin d'apporter les -solutions les plus satisfaisantes à l'ensemble de ces impératifs, il est nécessaire de disposer de rouleaux très solides, bons conducteurs de l'électricité et de la chaleur, et ayant une bonne résistance à l'usure et à la corrosion. L'échauffement produit au cours du travail nécessite un revroidissement au moyen d'une circulation d'eau à l'intérieur des rouleaux ; ces derniers sont donc creux.On a été conduit à employer d'abord des rouleaux en cuivre massif, recouverts d'une couche de chrome dur, mais en raison des efforts mécaniques qu'ils doivent supporter, il a été nécessaire de les réaliser en cuivre très épais ; ils sont, en conséquence, onéreux et très fragiles,du fait de la faible résistance mécanique du cuivre dont les conséquences sont des déformations de l'arbre et une grande susceptibilité de ltensemble aux chocs. Une amélioration a été obtenue par l'emploi de rouleaux en acier qui sont moins onéreux et ont une bonne résistance aux efforts mécaniques, ce qui les rend plus maniables, plus résistants et -de structure- mécanique moins fragile. Un inconvénient réside dans le fait que les rouleau en acier sont plus facilement cor- rodables par les solutions utilisées dans les bains de traitement que ceux en cuivre. Les rouleaux-acier fabriqués jusqu'à présent n'utilisaient essentiellement l'acier que comme support au revêtement extérieur général-en cuivre dont les sections étaient calcules pour permettre le passage du courant électrique sans chute de tension ni échauffement anormalement élevés. Ce revêtement extérieur de cuivre avait également pour avantage de protéger le corps acier contre la corrosion. Le cuivre étant à son tour protégé contre l'usure par un revêtement plus dur de 0,2 mm d'épaisseur sur la table, en nickel pour certaines opérations du processus d'utilisation comme le dégraissage, ou en chrome rectifié ou déposé après grenaillage contrB1é. Nais comme pour les rouleaux initiaux réalisés avec table exclusivement en cuivre, ltexistence de ce revêtement dur de nickel ou de chrome ne supprime pas les inconvénients décrits pré cédemment > dus à la fragilité de surface des rouleaux en cuivre ou à forte épaisseur de cuivre. La Demanderesse a trouvé que l'on pouvait réaliser des rouleaux ayant les qualités des rouleaux en cuivre, sans présenter les inconvénients de ceux mentionnés ci-dessus, en construisant des rouleaux en acier ayant une table très résistante mécaniquement du fait de la diminution importante de la sous-couche de cuivre sur la table, ce qui par ailleurs permet de diminuer le poids de cuivre entrant dans la fabrication du rouleau.De plus, il a été constaté que les rouleaux selon l'invention possédaient de façon surprenante une qualité du contact avec la bande métallique inégalée jusqu'à ce jour, permettant de réduire au minimum la chute de tension au contact de la bande et l'échauffement, le passage du courant électrique dans la table, les embouts et les collecteurs étant en partie assuré par l'Sme d'acier dont la qualité et l'épaisseur sont telles qu'elles permettent d'assurer le passage avec une chute de tension et un échauffement comparables à ceux des rouleaux à corps acier recouverts d'une épaisse couche de cuivre utilisés jusqu'à présent. Un rouleau selon l'invention est essentiellement caracté- risé par le fait qu'il est constitué par une Ame éventuellement creuse en métal de résistance mécanique élevée, tel que l'acier, de forme cylindrique, terminée sur chacune de ses extrémités par une partie tronconique dont la petite base est orientée vers 11 ex- extérieur, elle-meme munie d'un flasque sensiblement de même diamètre que ladite petite base de l'!me, en métal bon conducteur de la chaleur et de 11 électricité, la totalité de la table du rouleau comprenant la partie en acier, les- zones de raccordement des flasques à l'ame et les tranches desdits flasques, étant recouverte de métal bon conducteur de la chaleur et de l'élec- tricité, de sorte que ledit rouleau présente un diamètre constant sur toute sa longueur comprise entre les extrémités externes desdits flasques. Suivant d'autres caractéristiques: - le métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité est le cuivre - les flasques sont solidaires de lame au moyen d'une soudure électrolytique avec la table, d'une brasure ou soudure thermique péripheriques entre ledit flasque et ladite amie, et éventuellement d'un organe de fixation mécanique - la table de l'Ame en métal à résistance mécanique élevée comporte avantageusement une couche de nickel au-dessous de la couche de cuivre, la surface intérieure de l'âme pouvant ellemême comporter une couche de protection en nickel; - la table du rouleau comporte avantageusement une couche externe de chrome dur. Pour la fabrication d'un rouleau tel que défini ci-dessus, le procédé selon l'invention est essentiellement caractérisé par le fait que l'on recouvre d'un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité l'âme de métal à résistance mécanique élevée tel que l'acier, terminée par des parties tronconiques, que l'on fixe sur ses faces extr & es des flasques en mme métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, d'un diamètre sensiblement égal à celui de la petite base externe de l'âme, que l'on recouvre les bords extérieurs des flasques, les zones de raccordement desdits flasques à l'âme et les tranches desdits flasques d'une couche épaisse de métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, que l'on usine le rouleau à diamètre constant dans l'épaisseur du métal bon conducteur et qu t os le soumet éventuellement à un traitement de surface ultérieur. Suivant d'autres caractéristiques - on recouvre la table de l'âme d'acier d'une couche de nickel avant d'effectuer le revêtement de métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité , tel que le cuivre; - on fixe les flasques par brasure ou tout autre moyen approprié sur le revatement de cuivre de l'âme et éventuellement par organes mécaniques sur la petite base externe de la partie tronconique de l'âme; - le traitement de surface consiste à déposer une forte épaisseur de cuivre aux deux extrémités au droit desdites parties tronconiques/a usiner l'ensemble ainsi constitué sur toute la table du rouleau au diamètre final moins l'épaisseur d'une couche de chrome dur que l'on dépose ensuite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés. Sur ces dessins: la figure 1 représente une vue partielle en coupe de l'ame d'une forme possible de réalisation d'un rouleau selon l'invention; et la figure 2 représente une vue partielle en coupe d'un rouleau comprenant l'âme selon la figure 1. En se référant à la figure 1, l'âme du rouleau est réalisée à partir d'un cylindrejen acier 1 creux. La surface 2 du cylindre subit une préparation mécanique destinée à lui donner un diamètre égal au diamètre final que l'on désire donner au rouleau diminué de l'épaisseur de deux couches ultérieures de dép8t de cuivre et de deux couches de chrome. La surface résultant de cette préparation mécanique doit autre correctement usinée et exempte de défauts. On réalise ensuite à chaque extrémité de la table de ce cylindre d'acier un chanfrein 3 limité en AB destiné à former la partie trnnconique ABE à chaque extrémité de la partie cylindrique 2.On poursuit ce chanfrein sur la face extr8me par un embrèvement 4 (BC) terminé du c8té de l'axe XX' du cylindre par un chanfrein 5 à 45" limité en DC. En se référant à la figure 2, sur la surface ainsi préparée comprenant la surface de la table, le chanfrein, la partie de la face comportant l'embrèvement 4 et sur une partie de cette face, on dépose suivant un processus électrolytique usuel, un re v8tement mince de nickel 6 après préparation correcte de cette surface ,dépôt qu'ilent avantageux d'étendre à la surface intérieure du rouleau. Ce dép8t de nickel 6 est destiné à assurer une adhérence parfaite des dépits ultérieurs sur l'acier de base, à permettre l'emploi de bains de cuivrage acide qui déposent un cuivre mieux approprié à l'emploi prévu et à assurer une meilleure résistance à la corrosion en service lorsque le rouleau est au contact de divers électrolytiques, ce qui élimine tous risques de corrosion de l'âme en acier du rouleau. Sur la totalité de la surface de la couche de nickel 6 extérieure du rouleau, on dépose, au moyen de bains acides de cuivrage, in revêtement de cuivre 7 d'une épaisseur de l'ordre de 1 mm. Pour assurer l'application parfaite des flasques en cuivre 8 sur les deux faces extrtmes du rouleau, on dresse ces dernières, par enlèvement de matière tel qu'on laisse une épaisseur de cuivre dans le logement 4, le reste de la face ayant une surface d'acier. On applique ensuite contre cette face extr & e du rouleau ainsi usinée un flasques en cuivre d'épaisseur appropriée et d'un diamètre égal à celui de la face BE. Elle est éventuellement fixée mécaniquement à lapartie en acier du flasque par des vis, ou tout autre moyen mécanique (non représentés) et elle est également fixée par une brasure ou soudure périphérique 9 sur le dépit de cuivre 7 usiné dans la partie 4. Cette brasure 9 joue un double ralle; d'une part, elle renforce la cohésion mécanique de l'ensemble et, d'autre part, elle assure un excellent contact électrique entre le flasque 8 en cuivre et le rev8tement électrolytique de cuivre 7 qui couvre la surface du rouleau en acier 1. Le contact électrique est également assuré par le serrage de leurs surfaces en contact mécanique. On dépose en-suite, après avoir soigneusement assaini la brasure ou la soudure par procédé électrolytique usuel une épaisseur de cuivre 10, à chaque extrémité du rouleau, sur une longueur telle qu'elle s'étende d'une partie de la face externe il du flasque 8 à la partie cylindrique 2 de l'8me qu'elle recouvre partiellement. On procède ensuite à un usinage de la table, au cours duquel on enlève une faible épaisseur de la couche de cuivre 7 déposée précédemment et l'on enlève également une partie des surépaisseurs de cuivre appliquées aux extrémités du rouleau, de façon à obtenir un rouleau de mime diamètre sur toute sa longueur revêtu dans sa partie médiane d'une couche de cuivre mince 7, aux extrémités d'une couche plus épaisse 10 et, sous le cuivre, d'une couche de nickel 6. Sur la surface homogène ainsi obtenue en cuivre électrolytique, usinée , de la table du rouleau, on effectue tous traitements nécessaires pour l'usage auquel on le destine; en général on procède à un grenaillage contré ou à une rectification finale. Sur la surface de cuivre ainsi traitée, qui recouvre totalement la brasure ou la soudure 9 en supprimant ainsi les inconvénients qu'elle aurait provoqués dans tout revêtement ultérieur et empoche la corrosion de la brasure ou de la soudure ultérieurement en cours d'emploi, on applique un rev2tement élec trolytique mince de chrome dur 12. Ce revatement final est destiné à éviter l'usure de la surface du rouleau par frottement contre la bande en traitement, mouillée d'électrolytes divers. A ce stade, on peut procéder à un dressage final des faces extrtmes 11 des flasques en cuivre 8, supprimant la surépaisseur de cuivre électrolytique sur ces faces elles-mêmes. L'âme en acier 1 du rouleau assure une excellente tenue mécanique de l'ensemble . Les flasques en cuivre garantissent le transport parfait du courant électrique depuis l'axe Jusqu'à la surface du rouleau, la partie brasée des flasques en cuivre permet un excellent transfert de l'électricité des flasques au dépit électrolytique superficiel du rouleau et au rouleau en acier à travers ce dépôt. l'a surépaisseur de cuivre 10 dans le chanfrein de chaque extrémité Joue un r8le très important de cet ensemble. Elle permet le passage sans échauffement du courant électrique du flasque au rouleau d'acier et au revêtement de cuivre, d'autre part elle recouvre la brasure d'une forte épaisseur de cuivre et l'enrobe de telle sorte que la table du rouleau présente une surface continue et homogène qui n'avait pu oestre obtenue Jusqu'à maintenant. De plus, la brasure ou la soudure bien protégée n'est plus l'ob Jet d'aucune des corrosions qui dans les réalisations antérieures provoquaient la diminution de son efficacité et m8me sa destruction. Le transfert du courant électrique est donc assuré de rester constat pendant toute la durée d'utilisation. En outre, ainsi qu'il a été dit plus haut, le contact obtenu entre le rouleau ainsi fabriqué et la bande en traitement est supérieur à ce qui avait été'obtenu jusqu'alors, permettant debéduire au minimum la chute de tension au contact de la bande en traitement et l'échauffement. Exemple précédent a été donné à titre indicatif pour illustrer un procédé de réalisation et la structure d'un rouleau selon l'invention, mais tout procédé permettant d'arriver au mime résultat ne sort pas du cadre de l'invention, notamment le remplacement d'un métal par un autre présentant sensiblement les mimes propriétés dans cet emploi particulier et l'utilisation de procédés différentes pour effectuer les divers revQtemes. A titre illustratif, mais nullement limitatif, on peut réa liser, conformément à l'invention, un rouleau présentant un diamètre de 610 mm, dont la partie en chanfrein 3 a une longueur de 43 mm, une dénivellation de 7mm par rapport à la génératrice de la partie cylindrique, une longueur de 13 mm de l'embrèvement 4 pour une profondeur de 1 mm, comportant des flasques 8 de 20mm d'épaisseur et revêtu, en partant de l'âme d'acier 1, d'une couche de nickel 6 de 0,03 mm, d'une couche de cuivre 7 de 0,5mm et d'une couche de cuivre 10 de 7 mm à l'épaisseur maximale et une couche superficielle de chrome dur 12 de 0,2mm. Les rouleaux objets de la présente invention sont utilisables dans toutes les installations de traitements électrolytiques en continu de tôles, feuillards, matériaux métalliques ou métallisés en bandes et plus particulièrement dans les installations d'étamage en continu des tales d'acier dans lesquelles les tales, enroulées sur une bobine, défilent dans I'aplareillage de traitement puis s'enroulent sur une deuxième bobine analogue à la première, ainsi que dans des installations en continu de mise en état de surface et de préparation de bandes métalliques ou métallisées. Il y a lieu de préciser que le rouleau décrit ci-dessus permet, après usure, sa récupération et sa remise à neuf. Il suffit, en effet , de procéder au déchromage du rouleau et, éventuellement, à un usinage superficiel de la couchQexterne de cuivre et de déposer de nouveau les métaux enlevés, c'est-à-dire éventuellement du cuivre et, en toutes circonstances, de remettre une couche de chrome dur sur le cuivre en ramenant ainsi le rouleau à sa ctte d'utilisatinn. Cette remise en état est applicable dans tous les cas connus de déteriorations tels que vieillissement, destruction par phénomènes d'arcs, 'usure, grippage, etc. Il est bien entendu que la présentegnvention n' a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra y apporter toute équivalence technique sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVETTDICATIONS 1. Rouleau pour traitement électrolytique en continu de matériaux métalliques ou métallisés en bande, du type à Eme de métal à résistance mécanique élevée et flasques et revêtement de métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, caractirisé par le fait qu'il est constitué par une aAme éventuellement creuse en métal de résistance mécanique élevée, tel que acier, de forme cylindrique terminée sur chacune de ses extrémités par une partie tronconique dont la petite base est orientée vers l'extérieur, elle-mEme munie d'un flasque sensiblement de meme diamètre que ladite petite base de l'tme, en métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, la totalité de la table du rouleau comprenant la partie en acier, les zones de raccordement des flasques à l'Ame et les tranches desdits flasques, étant recouverte de métal bon conducteur de la chaleur et de ltélectri- cité, de sorte que ledit rouleau présente un diamètre constant sur toute sa longueur comprise entre les extrémités externes desdits flasques. 2. Rouleau selon la revendication 1, dans lequel le métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité est le cuivre. 3. Rouleau selon les revendications 1 et 2, dans lequel les flasques sont solidaires de l'ae au moyen d'une soudure électrolytique avec la table, d'une brasure ou soudure thermique périphériques entre ledit flasque et ladite Bme, et éventuellement d'un organe de fixation mécanique. 4. Rouleau selon la revendication 3, dans lequel la table de l'ame en métal à résistance|mécanique élevée comporte avartageu- sement une couche de nickel au-dessous de la couche de cuivre. 5. Rouleau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la table du rouleau comporte avantageusement une couche externe de chrome dur. 6. Procédé de fabrication d'un rouleau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on recouvre d'un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité l'Ame de métal à résistance mécanique élevée tel que l'acier, terminée par des parties tronconiques, que l'on fixe sur ses faces extrtmes des flasques en métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, d'un diamètre sensiblement égal à celui de la petite base externe de l'Eme, que l'on re couvre les bords extérieurs des flasques, les zones de raccordement desdits flasques à l'Ame et les tranches desditsflasques d'une couche épaisse de métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, que l'on usine le rouleau à diamètre constant dans l'épaisseur du métal bon conducteur et qu'on le soumet éventuellement à un traitement de surface ultérieur-. 7- Procédé selon la revendication 6, dans lequel on recouvre la table de l'âme d'acier d'une couche de nickel avant d'effectuer le rev8tement de métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité , tel que le cuivre. 8 - Procédé selon les revendications 6 et 7, dans le que on fixe les flasques par brasure ou soudure sur le revêtement de cuivre de l'âme et éventuellement des organes mécaniques sur la petite base externe de la partie tronconique de l'âme, la brasure ou soudure étant protégée par une surépaisseur de cuivre, fixée d'une part au flasque et d'autre-part au rev8tement de cuivre. 9 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans lequel le traitement de surface consiste à déposer une couche de chrome dur sur toute la table du rouleau. 10 - Appareils et installations de préparation, de mise en état de surface ou de revoetement électrolytique de bandes métalliques ou métallisées en continu, comportant un rouleau selon l'une quelconque des revendications i à 5.