Brevet FR2519025A2 — publié le 19830701

FR 2519025 A2 19830701 FR 8124633 A 19811228 _-1 _ PERFE Cr IONNE 21 ENT AU PROCEDE ET A L'APPAREILLAGE DE RECUIT CONTINU DE FILS r ETALLIQUES La présente invention a pour objet un perfectionnement au procédé et à l'appareillage de recuit continu de fils métalliques notamment à base d'aluminium ou de cuivre, objets de la demande de brevet principal FR 2 288 152. Il est connu de recuire des fils métalliques en continu par effet Joule Le courant de recuit dans le fil est, le plus souvent, alterna- tif et produit par induction L'inducteur présente une forme générale torique, le fil passant au centre du tore Le courant induit circule suivant l'axe du fil, à condition que ce dernier soit disposé en bou- cle refermée sur elle-même, par un contact électrique à l'extérieur de l'inducteur, constituant ainsi une spire en court-circuit formant le secondaire d'un transformateur dont l'inducteur représente le primaire. II 1 est connu, en particulier, par le brevet UK 969 192 (SO}ERSET WIRE C Ltd) de refermer électriquement la boucle secondaire consti- tuée par le fil en faisant passer celui-ci sur des poulies électrique- ment reliées entre elles Ces poulies peuvent être ou non coaxiales. Dans le cas du recuit de fils d'aluminium, ce procédé présente l'in- convénient de provoquer une détérioration rapide fes 7 bandes de contact des poulies. Il est connu d'éviter cet inconvénient en réalisant le contact électri- que direct entre le fil à recuire, c'est-à-dire le fil écroui, avant son entrée dans 1 ' inducteur, et le fil recuit sortant de 1 ' inducteur. Dans ce cas, le fil froid à recuire nasse sur le fil chaud recuit ln tel dispositif a été décrit dans le brevet US 2 459 507,WESTERN ELEC- TRUC, inventeur R H Denhamn). Un premier inconvénient de ce procédé résulte du fait que le fil re- cuit, qui est chaud, est allongé par dilatation thermique et qu'il s'enroule sur le fond de la gorge de la poulie, alors que le fil à re- cuire, qui est froid et non dilaté, doit s'enrouler sur le fil recuit, donc sur un plus grand rayon, imposant une vitesse linéaire plus in- portante Il est donc nécessaire de ménager une possibilité de glis- sement relatif entre les deux fils, ce qu'on réalise en limitant l'arc d'enroulement du fil à recuire Cependant, la longueur du con- tact électrique s'en trouve réduite, ce qui représente un inconvé- nient grave du fait de la forte intensité du courant qui parcourt le fil De plus, le glissement relatif blesse la surface du fil. Un second incofi Vénient de ce procédé provient de ce que le fil, en fin de recuit, présente une température élevée, parfois proche de sa température de fusion Dans ces conditions, toute surchauffe locale résultant du passage du courant d'un fil vers l'autre à travers la seule génératrice de contact, conduit à la formation d'étincelles et de cratères de fusion qui dégradent l'état de surface du fil de façon inacceptable. Dans le brevet principal FR 2 288 152, on a résolu ce problème en faisant passer le fil à recuire au fond de la gorge d'une poulie, en recuisant ce fil par chauffage à induction, puis en faisant passer le fil recuit dans la même gorge de la même poulie, au-dessus du fil à recuire, de façon à constituer une boucle fermée dans laquelle circule le courant de recuit Le fil recuit est refroidi avant son passage dans la gorge de la poulie. L'appareillage comprend un inducteur, une poulie à gorge profonde et un refroidisseur Le fil à recuire passe au fond de la gorge de la poulie, puis dans l'inducteur qui génère le courant nécessaire au recuit; il revient ensuite à l'état recuit, dans la gorge de la pou- lie, au-dessus du fil à recuire, de façon à former une boucle fermee constituant le secondaire d'un transformateur électrique dont l'induc- teur est le primaire Le refroidisseur est placé entre la sortie de l'inducteur et la poulie. L'appareillage, objet du brevet principal, est rappelé sur les figu- res 1 et 2 Il comprend une poulie ( 1), présentant une gorge profonde ( 2) , une première poulie de renvoi ( 3), une Aeuxième poulie de renvoi ( 4), un inducteur ( 5) nuni d'un tube ( 6) de protection par vapeur -3- d'eau, qui est utilisé dans le cas du fil de cuivre, un refroidisseur ( 7), un essoreur à air comprimé ( 8) et une troisième poulie de renvoi ( 9). La section de la gorge ( 2) de la poulie ( 1) présente la forme illus- trée par la figure 2 Le fond ( 10) est constitué par un cercle de rayon "r" suivi, sur une hauteur égale à 2,5 r,de deux tangentes ( 11) et ( 12) faisant, avec l'axe ( 13) de la section, un angle de 11 A la partie supérieure de la gorge, ces deux tangentes sont relayées par deux se Fjnents de droite ( 14) et ( 15) faisant un angle de 36 avec le même axe ( 13) et débouchant à l'extérieur La porge, qui sert de gui- de pour le fil et non d'amenée de courant électrique, peut être réa- lisée en un matériau peu conducteur tel que: acier inoxydable, car- bures, céramiques Cette forme de gorge permet de traiter un fil dont le rayon est compris entre 0,6 r et r Des fils de diamètres très dif- férents peuvent être traités avec le même appareillage en remplaçant la gorge profonde, soit que la poulie présente plusieurs gorges de rayons différents, soit que la gorge ou la poulie elle-même soient aisément démontables. Le tube de protection ( 6) est en matériau électriquement isolé En cas de recuit de fil de cuivre, il est parcouru par un courant de va- peur d'eau. Le refroidisseur ( 7) comprend une poulie ( 16) enfermée dans un car- ter ( 17) dans lequel circule un fluide de refroidissement, en général de l'eau. Pour plus de clarté, le fil porte, dans les figures 1 et 2, deux re- pères différents suivant qu'il est à l'état écroui, avant recuit ( 18) ou qu'il est à l'état recuit ( 19) Il arrive à l'état écroui ( 18) de la filière, passe au fond de la gorge ( 2) de la poulie ( 1) suivant un arc important, de l'ordre de 270 , puis sur les poulies de renvoi ( 3) et ( 4) Il pénètre ensuite dans l'inducteur ( 5) d'o il ressort à l'état recuit ( 19), passe successivement dans le refroidisseur ( 7) sur la poulie ( 16) o il est refroidi, puis dans l'essoreur ( 8) o il est séché Enfin, anrès passape sur la poulie de renvoi ( 9), il repasse -4- dans la gorge ( 2) de la poulie ( 1), sur environ 180 , au-dessus du fil à l'état écroui ( 18), puis il sort de l'appareillage. Les fils ( 18) et ( 19) se touchent sur un arc important, ce qui, du fait du diamètre important de la poulie, assure un excellent contact électrique, d'o l'absence d'étincelles et de réchauffage local De plus, les fils ( 18) et ( 19) étant froids et à la même température, la vitesse linéaire du fil recuit ( 19) est peu différente de celle du fil à recuire ( 18), ce qui ne se traduit pas par un glissement rela- tif des fils, mais par un léger allongement du fil dans la zone de re- cuit, ce qui est favorable à sa bonne tension mécanique et améliore le contact électrique avec le fil ( 18). Cet appareillage donne des résultats tout 3 fait satisfaisants pour le recuit continu de fils de petit diamètre, par exemple dans la gamme de 0, 2 à 2 millimètres, à une vitesse qui peut atteindre 1800 mètres par minute, la poulie principale ( 1) ayant un diamètre de 200 millimètres. Cependant, lorsqu'on veut recuire en continu des fils de plus grand diamètre, par exemple des fils de laiton, dont le diamètre peut se situer entre 2 et 5,5 millimètres, on se heurte à de sérieuses diffi- cultés, dues à la fragilité du laiton dans la zone de montée en tempé- rature et à des échanges thermiques excessifs entre les poulies et le fil à recuire qui, en raison de son plus grand diamètre, défile né- cessairement à une vitesse sensiblement réduite, et qui peut être, par exemple, de l'ordre de 5 à 120 mètres par minute au lieu de plu- sieurs centaines jusqu'à près de 200 mètres par minute dans le cas de fils fins Il en résulte un niveau de recuit insuffisant. L'objet de l'invention est un perfectionnement de l'appareillage, ob- jet du brevet principal, qui supprime ces inconvénients et permet de recuire en continu des fils métalliques de diamètre relativement im- portant, pouvant aller, selon le type de métal ou d'alliage, jusqu'a ou 6 millimètres sans que cette valeur constitue toutefois une li- mite absolue L'invention est caractérisée en ce quela poulie principa- le et, de préférence également la poulie de renvoi, comportent une gor- ge dont les flancs sont munis d'une pluralité d'inserts en une matière à point de fusion élevé, à faible conductivité thermique et électri- que telle que l'alumine, résiztant à l'usure et à l'abrasion, qui entrent en contact ponctuel avec le fil métallique circulant dans la gorge De façon tout à fait surprenante, nous avons constaté que ces contacts ponctuels permettaient de supporter le fil sans le blesser ou le marquer de traces gênantes et que l'ensemble de ces contacts ponctuels successifs, séparés par des intervalles o le fil ne prend aucun appui, constituaient l'équivalent d'une gorge virtuelle continue. De préférence, les flancs de cette gorge virtuelle forment un angle de 900 . Cette disposition permet de traiter non seulement des fils ronds, mais des fils à section carrée ou hexagonale, ou autre. L'appareillage comporte, en outre, un moyen de refroidissement du fil disposé à la sortie de la poulie de renvoi située à la sortie de l'inducteur, et avant le retour du fil sur la gorge de la poulie prin- cipale. La solution consistant à revêtir l'ensemble de la gorge d'une matière céramique n'a pas été retenue En effet, elle présente deux inconvé- nients: La conductivité thermique des céramiques compactes et dures telles que l'alumine est loin d'être négligeable, et le but recherché n'aurait pas été atteint dans le cas d'untm contact fil-gorge sur un arc de cer- cle de 180 En outre, la réalisation d'une gorge continue en cérami- que aurait constitué, à l'échelle industrielle, une difficulté très sérieuse et aurait été d'un coût prohibitif. Les figures 1 à 5 illustrent la mise en oeuvre de l'invention. Les figures 1 et 2 se rapportent au brevet principal. La figure 3 montre le schéma d'ensemble d'mun dispositif de recuit con- tinu selon l'invention. La figure 4 montre en coupe ( 4 A) et en vue ( 4 B) la gorge de la pou- lie principale, la figure 4 C montre comment le fil se place dans la gorge de la poulie principale lorsqu'il est à section carrée ou hexa- gonale. -6- La figure 5 est une coupe de la gorge selon l'axe. Le fil écroui que l'on veut recuire ( 20) est dirigé vers la Doulie principale ( 21) Pour mieux comprendre le trajet du fil, on l'a re- présenté à l'extérieur des poulies mais, dans la réalité, il circule bien dans les gorges des différentes poulies. La jante ( 22) de cette poulie comporte une gorge ( 23) dont les flancs ( 24) forment un angle sensiblement égal à 90 ; elle comporte en outre, sur toute sa périphérie, deux séries de cavités ( 25) dont les axes forment entre eux un angle sensiblement égal à 90 et égal à l'angle formé par les flancs ( 24) de la gorge ( 23) Ces cavités dé- bouchent sur les faces latérales ( 26) de la jante L'autre extrémité peut 8 tre fermée ou débouchée sur les rebords internes ( 27) de la jante. Dans ce dernier cas, qui est celui représenté sur la figure 3, les cavités ( 25) comportent deux parties, une partie avant ( 25 A) et une partie arrière ( 25 B) dont le diamètre est inférieur à celui de la par- tie ( 25 A) Dans tous les cas, la partie avant ( 25 A) doit s'étendre au moins jusqu'au voisinage de la gorge ( 23) En outre, le diamètre de la partie avant ( 25 A) est tel que la cavité débouche sur le flanc corres- pondant de la gorge. Dans la partie avant des cavités ( 25 A), on a introduit et fixé, par exemple par collage avec une colle organique ou un ciment minéral, des perles en céramique ( 28) dont le diamètre externe est sensiblement égal au diamètre intérieur des cavités ( 25 A) Ces perles sont, de pré- férence, creuses, de telle sorte qu'il se forme un conduit continu avec la partie rétrécie ( 25 B) des cavités, ce qui permet d'assurer, le cas échéant, un certain refroidissement des perles, par circulation d'air forcée et évite leur échauffement excessif Les flèches de la figure 4 A indiquent comuent peut être dirigé le flux d'air de refroi- dissement. Une partie de chaque perle faisant saillie dans les flancs de la gorge, le fil ( 20) vient en appui ponctuel sur les perles, alternativement 19025 -7- sur chaque flanc de la gorge virtuelle ainsi formée, mais n'entre pas en contact avec les flancs ( 24) de la gorge métallique ( 23). Les perles sont suffisamment rapprochées pour que le fil, surtout s'il est de gros diamètre ( 2 à 6 mm par exemple) n'ait aucune ten- dance à prendre une forme ondulée En pratique, l'écart entre l'axe - des perles sur chaque flanc peut atteindre de 3 à 10 fois, et même, juqu'à 20 fois le diamètre du fil à recuire. Lorsqu'on recuit du fil rond, le fil entrant ( 20) se loge au fond de cette gorge, et le fil recuit ( 29) passe dans la même gorge, en rela- tion superposée avec le fil entrant, conformément à l'invention. Lorsqu'on recuit du fil à section carrée ou hexagonale, le positionne- ment et la superposition du fil entrant ( 20) et du fil recuit ( 29) dans la gorge s'effectue sans difficulté (fige 4 C) (ce qui n'aurait pas été le cas dans la forme de gorge revendiquée dans le brevet prin- cipal), assurant ainsi un contact électrique excellent. Après passage sur la poulie principale ( 21), le fil passe au travers de l'inducteur ( 30), puis sur la grande poulie de renvoi ( 31) qui est constituée par une poulie à deux gorges parallèles et séparées, l'une sur laquelle passe le fil sortant de l'inducteur, et qui est équipée du même dispositif de perles en céramique que la poulie ( 21), l'autre qui est une simple gorge métallique, taillée dans la jante de la pou- lie, et de diamètre sensiblement égal à celui de la gorge parallèle formée par les perles céramiques Pour laclarte du dessin, le trajet du fil recuit, qui s'effectue dans la gorge métallique, a été tracé en traits interrompus Le fil recuit ( 29) passe ensuite au travers d'un dispositif de refroidissement à lame d'eau ( 32), tel que celui qui fait l'objet du brevet français 2 442 418 (TREFIMETAUX) et qui est capable d'évacuer, par exemple, sur un fil de laiton de 5; 5 mm de dia- mètre porté à 650 par l'inducteur et circul ant à 5 mètres par seconde un flux thermique de l'ordre de 50 wv/m 2. Le fil recuit froid passe à nouveau sur la poulie principale ( 21) au- dessus du fil écroui ( 20) puis sur la petite poulie de renvoi ( 33), puis dans la gorge métallique de la grande poulie de renvoi ( 31) (tra- 19025 -8- cé en traits interrompus) et sort de l'appareil recuiseur à destina- tion, par exemple, d'un enrouleur. EXEMPLE DE REALISATION On a construit un recuiseur, mettant en oeuvre la présente invention, particulièrement destiné au recuit de fils de laiton de 2 à 5,5 mm de diamètre La poulie principale ( 21) a un diamètre sur fond de gorge de 750 millimètres La gorge est constituée en deux moitiés symétri- ques par rapport à un plan passant par son axe de rotation La sépara- tion apparaît en CC' sur les figures 4 B et 5 Les deux moitiés sont assemblées par des pièces électriquement isolantes, et sont maintenues espacées de 1 à 2 millimètres, afin d'éviter tout risque de bouclage de la tension induite par le courant de recuit dans la poulie ( 21), qui est métallique et montée sur un moyeu isolant ( 34). La gorge comporte, sur chacun de ses flancs, 72 perles en alumine de mm de diamètre extérieur, 4 mm de diamètre intérieur et 30 m de long Sur chaque flanc, la distance entre perles est de 35 mm entre axes. L'inducteur ( 30) induit dans le fil ( 20) un courant pouvant atteindre 6000 Ampères sous 70 volts, ce qui permet, par exemple, de recuire du fil de laiton de 5,5 mn de diamètre à une vitesse de 5 mètres par seconde. Le fil sortant a un état de surface particulièrement remarquable, exempt de rayures ou de traces de décharges électriques En outre, le recuit rapide ainsi obtenu est particulièrement avantageux si l'on traite des laitons au plomb (laitons de décolletage pouvant cnntenir jusqu'à 3 ou 4 % de plomb), car il évite la coalescence des particules de plomb qui ne manque pas de se produire lors du recuit statique en four fermé et qui se traduit, lors du décolletage, par des copeaux longs et fins, peu fragiles, qui s'enchevêtrent et tendent à bourrer les tours automatiques. 19025 -9- PENîNDICATIONS 1 / Procédé de recuit rapide en:continu d'un fil métallique en défileient, dans lequel on fait passer la fil à recuire dans la gorge d'une poulie, on recuit ce fil par chauffage par courant induit, puis on fait passer le fil recuit dans la même gorge de la même pou- lie, au-dessus du fil à recuire, de façon à constituer une boucle fer- mée dans laquelle circule le courant induit, le fil recuit étant refroidi avant son passage dans la gorge de la poulie selon la reven- dication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que le fil prend appui sur les flancs de la gorge par une pluralité de contacts ponc- tuels, -laissant entre eux des espaces libres. 2 / Appareillage pour le recuit rapide, en continu, d'un fil métalli- que en défilement, comportant une poulie principale, au moins une pou- lie de renvoi, un inducteur, un refroidisseur, selon 'la revendication 1 S 1 du brevet principal, caractérisé en ce que la poulie principale com- porte une gorge dont les flancs sont munis d'une pluralité d'inserts en une matière à faible conductivité thermique et électrique, résistant à l'usure et à l'abrasion, qui sont en contact ponctuel avec le fil métallique circulant dans la gorge. 3 / Appareillage selon revendication 2, caractérisé en ce que sur chaque flanc de la gorge, les contacts ponctuels successifs sont situés à une distance comprise entre 3 et 20 fois le diamètre du fil à re- cuire 4 / Appareillage selon revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'ensemble des points de contacts successifs du fil métallique en défi- lement, sur les inserts disposés sur les flancs de la gorge, consti- tuent l'équivalent d'une gorge virtuelle continue dont les flancs for- ment un angle de 90 . / Appareillage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les inserts sont constitués par des perles cylin- driques en céramique à base d'alumine. -10- 6 / Appareillage selon revendication 5, caractérisé en ce que les perles sont creuses et parcourues par un fluide de refroidissement. 7 / Appareillage selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la poulie de renvoi située à la sortie de l'inducteur comporte deux gorges de diamètre sensiblement égal dont l'une est munie, sur ses flancs, d'inserts du même type que ceux de la pou- lie principale. 8 / Appareillage selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de refroidissement du fil disposé à la sortie de la poulie de renvoi située à la sortie de l'in- ducteur, et avant le retour du fil sur la gorge de la poulie princi- pale. 9 Appareillage selon l'une nuelaonque des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la gorge de la poulie principale est formée de deux parties symétriques par rapport à un plan passant par l'axe de rotation et en ce que les deux moitiés sont assemblées par des moyens de jonction électriquement isolants qui maintiennent entre elles un espace électriquement isolant vis-à-vis de la tension induite dans la poulie par le courant qui circule dans le fil en cours de recuit.