Brevet FR2345239A1 — publié le 19771021

L'invention concerne un procédé de réglage de la marche d'un train a fil, et plus particulièrement un procédé permettant de contrôler les conditions de refroidissement du fil à sa sortie des cages finisseuses. Le fil machine possede un domaine d'utilisation très étendu et il peut subir des déformations très variables, suivant les applications envisagées, lors des- traitements mécaniques ultérieurs. I1 est donc nécessaire de lui conférer des caractéristiques de résistance, de ductilité, d'aptitude au tréfilage, de plasticité à froid, d'aspect de surface et de régularité lui permettant de supporter les divers types de traitements. Parmi ceux-ci le plus courant est le tréfilage qui consiste a réduire a froid le diamètre du fil par passage dans des filières successives et exige une structure métallographique appropriée, formée de ferrite-perlite très fine.Pour l'obtenir il est nécessaire de bien contrôler la transformation y + a de l'acier, et en particulier le phénomène de recalescence dont l'importance a déja été mise en évidence par le demandeur dans sa demande de brevet n" 75/28438. La transformation y + a a lieu au cours du refroidissement du fil, entre le moment où il sort des cages finisseuses et le bobinage. Avec les anciens trains a fil, où le refroidissement n'était pas contrôlé, il était indispensable de faire subir au fil le traitement dit de "patentage" pour pouvoir effectuer le tréfilage. Sur les trains a fil modernes, divers procédés ont éte mis au point pour contrôler le refroidissement.Le plus courant consiste a abaisser la température du fil, a sa sortie des cages finisseuses, jusque vers 850" C par passage dans des boîtes a eau successives, puis a le mettre sous forme de spires et à le refroidir sur un convoyeur, soit à l'air libre, soit par ventilation. Suivant la composition de l'acier et le diamètre du fil, la transformation a alors lieu en un endroit indéterminé du convoyeur et il est impossible de la contrôler.Si avec des fils a basse teneur en carbone cette méthode permet d'atteindre des résultats satisfaisants, par contre avec des fils durs, pour lesquels la remontée en temperature due au phénomène de recalescence est importante, il n1 est pas possible d'obtenir des structures aussi appropriées pour le trefilage que par patentage. Une amélioration consistant à determiner la température du fil à son arrivée sur le convoyeur a déjà été proposée, mais une simple mesure de température ne permet pas de savoir sous quelle forme allotropique se trouve le métal, car il faut notamment se reporter aux courbes de refroidissement et ces dernieres varient avec les conditions de traitement.Pour les fils durs, l'élévation de température due à la recalescence est suffisante pour être detectée, mais cette mesure permet seulement de constater que la transformation y + a est en cours et nullement de la contrôler. Le but de la présente invention est donc de fournir une méthode permettant de détecter le début de la transformation y + a et d'agir immédiatement sur les conditions de refroidissement pour obtenir en fin de transformation la structure requise pour les traitements mecaniques ultérieurs. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de réglage d'un train a fil dans lequel - on détecte le début de la transformation y a a l'aide d'au moins un capteur induisant des courants de Foucault dans le métal et enregistrant les variations de comportement magnétique de l'acier liées au changement de phase cristalline ; - on agit sur les conditions de refroidissement a l'endroit du parcours où se produit le debut de transformation afin de compenser l'élévation de température due au phénomène de recalescence. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention - on détecte le début de la transformation y > a a l'aide drau moins un capteur, induisant des courants de Foucault dans le métal et enregistrant les variations de comportement magnétique liées au changement de phase cris talline, place au-dessus du convoyeur ; - on agit sur les conditions de refroidissement afin de maintenir le début de transformation dans une zone prédéterminée du convoyeur équipée de moyens permettant un refroidissement plus intense que dans les zones adjacentes ; - on assure dans ladite zone un refroidissement supplémentaire du fil afin d'empêcher ou d'attenuer l'élévation de température qui serait due au phénomène de recalescence, en l'absence de refroidissement supplémentaire. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de ltinventfon on détecte le début de la transformation y + a à l'aide d'une pluralité de cap- teurs disposés selon trois rangées parallèles placées respectivement au-dessus du centre et des bords du convoyeur, après la zone d'homogenéisation. Comme on le comprend le procédé selon l'invention est basé sur la détection directe du début de la transformation y + a du fil en cours de refroidissement. La méthode de détection est fondée sur les variations de comportement magnétique de l'acier au moment du changement de phase cristallographique. Elle consiste à induire dans ce dernier des courants de Foucault, au moyen d'une bobine inductrice, et a analyser les variations d'impédance de la bobine. On peut ainsi deceler le début de la transformation dès que celle-ci est amorcee en surface. Il est toutefois necessaire que le point de Curie de l'acier se trouve à une temperature supérieure à celle de la transformation y + a . Cela semblerait donc exclure les aciers a faible teneur en carbone dont la température de transformation, d'apres le diagramme d'équilibre, est supérieure à celle du point de Curie (770"C). Dans ce cas particulier le constituant y donne naissance à un composé a qui n'est pas encore ferromagnétique et on n'enregistre aucun signal lors du changement de phase. Cependant en pratique la transformation se trouve presque toujours rejetée au-dessous du point de Curie du fait du refroidissement rapide auquel est soumis le fil. La même méthode peut donc être appliquée a la plupart des aciers, mais les résultats les plus intéressants sont obtenus avec les aciers durs, pour lesquels la mise au point du refroidissement est particulièrement difficile, car les caractéristiques microstructurales en dépendent beaucoup et la trempabilité plus forte de ces aciers augmente les risques d'apparition de martensite. En effet les aciers a teneur élevée en carbone se transforment à température peu élevée et avec une recalescence importante. Plus la composition de l'acier se rapproche de la composition eutectoïde, plus sa température de transformation est basse et le phénomène de recalescence marque.Ainsi pour la nuance de composition C % = 0,78 , Mn % = 0,6 - 09, Si % = 0,10 - 0,35 , Cr % Ni % g 0,035 , S % S 0,035 correspondant à la désignation FM 78 la température de début de transformation est d'environ 650" C et l'élévation de température due à la recalescence de l'ordre de 40 C. Il est donc clair que le refroidissement de ce type de fils doit pouvoir être soigneusement contrôlé au moment du changement de phase, pour améliorer l'aptitude au tréfilage de la structure obtenue. Actuellement les fils de faible diamètre (5,5 mm) perdent de l'intérêt au profit des fils de gros diamètre (11 mm). Or ces derniers, du fait de l'importante quantite de chaleur dégagée au cours de la recalescence, sont particuliè- rement difficile à refroidir. Là encore le procédé selon l'invention permet d'obtenir des résultats satisfaisants. On voit donc que le procédé selon l'invention est particulièrement efficace pour les fils durs de gros diamètre. Il permet d'agir sur les conditions de refroidissement dès le début de la transformation ce qui n'était évidemment pas possible avec des méthodes basées sur des déterminations de température. En effet, même si ces dernières permettent de déceler la recalescence, elles ne peuvent fournir qu'un contrôle approximatif du refroidissement, fondé sur la détection de l'élévation de température pour une spire et supposant que la loi de refroidissement est la même pour toutes les spires, hypothèse évidemment tres éloignée de la réalité. Avec le procédé de réglage selon l'invention, par contre, il est possible de mettre en évidence, pour chacune des spires, le début de changement de phase et d'agir sur les conditions opératoires pour que la loi de refroidissement de la spire suive un modèle prédéterminé, correspondant à la structure finale désirée. En pratique, plutôt que d'équiper tout le convoyeur de moyens spéciaux et de pouvoir appliquer un refroidissement plus intense en n' importe quel point du convoyeur, des détection du début de transformation, on préférera agir également sur les conditions de refroidissement en amont du point de début de changement de phase, de manière a maintenir ce dernier dans une zone sélectionnée du convoyeur.Seule cette zone sera alors munie de moyens permettant d'imposer au fil, pendant la durée de la transformation, la loi de refroidissement choisie et tout déplacement du début de transformation en dehors de cette zone sera immédiatement détecté et les conditions de refroidissement en amont modifiées de manière à l'y ramener. Le fil sort de la dernière cage finisseuse avec une vitesse très élevée de l'ordre de 15 m/s pour un diamètre de 11 mm et 60 m/s pour un diamètre de 5,5 mm. Après passage sur la formeuse de spires il tombe sur le convoyeur où les spires sont relativement serrées les unes contre les autres, si bien que, sur les bords du convoyeur, il existe des points où les fils apparterart à plusieurs spires différentes se chevauchent. Il est bien évident que la loi de refroidissement du fil ne sera pas la mêm au centre du convoyeur, où les spires sont plus espacées, que sur les rives. La transformation débutera donc au centre en avance par rapport aux bords.Il est, par conséquent, nécessaire de s'assurer que tout le fil subit le changement de phase dans la zone choisie, donc détecter le début de transformation à la fois au centre et sur les bords du convoyeur. Pour cela le demandeur a prévu d'équiper le convoyeur de trois rangées de capteurs disposés selon des lignes parallèles, la première au-dessus du centre et les deux autres au-dessus des rives. L'invention sera de toutes façons bien comprise en se reportant à la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles - la figure 1 schématise un train à fil classique ; - la figure 2 représente, vue de dessus, une partie du convoyeur équipée de détecteurs ; - la figure 3 est une vue de profil de la même partie du convoyeur. Sur la figure 1 on-peut voir un train à fil d'un modèle couramment utilisé a l'heure actuelle. Les billettes sont réchauffées dans le four 1 d'où elles sortent à une température voisine de 11000 C. Elles sont introduites dans le train degrossisseur 2 puis passent dans le train intermédiaire (ou préfinis- seur) 3. il y a en général, dans une même installation, plusieurs lignes de fabrication de fil machine. Ici, pour la clarté du dessin, seule une ligne a été schématisée entièrement, le début d'une seconde étant simplement indiqué. Le fil est amené au diamètre final (5,5 à 11 mm) par passage dans le bloc finisseur 4, formé de cages très rapprochées les unes des autres, et dont les moteurs sont représentés en 5. A la sortie des cages finisseuses, le fil est à une température voisine de 1050 C. Il est refroidi par passage dans des boites à eau 6 jusqu'à environ 850" C. Il y a généralement plusieurs boîtes à eau successives séparées par des passages à l'air libre permettant une homogénéisation thermique entre le coeur et la peau. Ici, pour la clarté du dessin deux boites a eau seulement ont été schématisées. Une formeuse de spires 7 dépose alors le fil sur un convoyeur où s'achève le refroidissement. La premiere-zone du convoyeur 8, dite zone d'homogénéisation, n'est généralement pas équipée de moyens de refroidissement.Le reste du convoyeur est divisé en zones munies de moyens de refroidissement indépendants les uns des autres. Ces moyens ont été schématisés, sur la figure 1, par des flèches. Ce sont en général de puissants ventilateurs à débit réglable et le refroidissement est alors effectué par soufflage d'air, mais il peut également être assuré par projection d'un brouillard d'eau. Deux zones seulement, 9 et 10, apparaissent sur les dessins, mais un train à fils classique en comporte généralement 3 a 5. Lorsque le fil est arrivé a une température suffisamment basse, en fin de convoyeur, il est mis sous forme de couronne dans une machine à rassembler les spires 11. La transformation y + a a généralement lieu au début du convoyeur, dans les premieres zones. Pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention il faut donc équiper ces zones de capteurs. Il n'est pas nécessaire de placer des capteurs tout le long du convoyeur, il suffira généralement d'en disposer audessus de la zone d'homogénéisation et des première zones de refroidissement. Ces capteurs sont situés au-dessus du convoyeur, comme le montrent les figures 2 et 3. Selon une variante d'execution préférée, trois rangées de capteurs 13 parallèles, situées respectivement au-dessus du centre et des rives du convoyeur, sont prévues. Ces rangees peuvent être équidistantes, mais il est plus avantageux de disposer, comme representé sur la figure 2, une rangée extérieure tout fait au bord du convoyeur au niveau des extrémités latérales des spires et l'autre rangée extérieure au-dessus des taquets d'entrainement 14. En effet les spires 12 sont relativement serrées Tes unes contre les autres, si bien qu'au niveau des taquets d'entraînement 14 plusieurs spires peuvent se croiser au même point.Il y a donc des différences entre les vitesses de refroidissement au centre le refroidissement est le plus rapide, au niveau des taquets d'entrai- nement il est le plus lent, et il est intermediaire au niveau des extrémités latérales des spires. La disposition des capteurs 13 selon trois rangees parallèles, comme représenté sur la figure 2 permet donc de tenir compte de ces differences de vitesses de refroidissement et ainsi d'obtenir un fil de caractéristiques homogènes. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention on agit sur les conditions de refroidissement en amont, de manière à ce que le début de la transformation ait lieu au voisinage de la limite entre les zones de refroidissement 9 et 10. Il suffit alors de placer des capteurs 13, comme on peut le voir sur la figure 3, a l'extrémité de la zone d'homogénéisation, au-dessus de la zone 9 et au debut de la zone 10. On pourra, à ce moment là se contenter d'équiper la seule zone 10 de moyens de refroidissement speciaux, tels que pulvérisateurs d'eatt sot forme de brouillard, de manière à assurer un refroidissement énergique dans cette zone, pour compenser l'élévation de température due au phénomène de recalescence. Les informations fournies par les capteurs peuvent être exploitées directement, par le personnel chargé de la conduite du train a fil.- Il pourra alors effectuer une correction des conditions de laminage dès qu'un déplacement du début de la transformation hors de la zone choisie sera décelé. Il est égale- ment évident que les signaux émis peuvent être envoyés dans un ordinateur, dans le cadre d'une automatisation plus ou moins complète du train à fil. Le convoyeur représenté sur les figures 1, 2, et 3 est du type à spires horizontales étalées, mais il va de soi que l'application du procédé selon l'invention n'est pas limitée aux trains à fils équipés de convoyeurs de cette sorte. Il pourrait tout aussi bien, et sans adaptations particulières, être mis en oeuvre sur un convoyeur où les spires sont refroidies d'abord verticalement puis horizontalement ou sur tout autre type de train à fil. Le procédé selon l'invention permet donc de contrôler de manière satisfaisante le refroidissement du fil machine, afin de lui conférer une structure métallographique optimale appropriée notamment au tréfilage, et minimiser les hétérogénéités à l'intérieur d'une même bobine. Il procure des résultats particulièrement avantageux dans le cas des fils durs et des fils de gros diametre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de réglage d'un train à fil caractérisé en ce que - on détecte le début de la transformation y a à l'aide d'au moins un capteur induisant des courants de Foucault dans le métal et enregistrant les variations de comportement magnétique de l'acier liées au changement de phase cristalline ; - on agit sur les conditions de refroidissement à l'endroit du parcours où se produitle début de transformation afin de compenser ltele- vation de température due au phénomène de recalescence. 2 - Procédé de réglage d'un train à fil caractérisé en ce que - on détecte le début de la transformation y + a à l'aide d'au moins un capteur, induisant des courants de Foucault dans le métal et enregistrant les variations de comportement magnétique liées au changement de phase cristalline, placé au-dessus du convoyeur - on agit sur les conditions de refroidissement afin de maintenir le début de transformation dans une zone prédéterminée du convoyeur et équipée de moyens permettant un refroidissement plus intense que dans les zones adjacentes ; - on assure dans ladite zone un refroidissement supplémentaire du fil afin de compenser l'élévation de température due au phénomènes de recalescence. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'on détecte le début de la transformation à l'aide d'une pluralité de capteurs disposés au-dessus du convoyeur après la zone d'homogénéisation. 4 - Procédé selon la revendication 3 caracterise en ce que l'on détecte le début de la transformation à l'aide de capteurs disposés sur trois rangées parallèles situées respectivement au-dessus du centre et des bords du convoyeur. 5 - Laminoir pour la fabrication de fil caractérisé en ce qu'il est équipé d'une pluralité de capteurs, induisant des courants de Foucault dans le métal et enregistrant les variations de comportement magnétique de l'acier liées au changement de phase cristalline, disposés au-dessus du convoyeur des moyens étant prévus pour recueillir les informations et agir sur les conditions de refroidissement.