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" Procédé et appareil pour le finissage de l'enrobage métallique d'un toron ferreux*
Cette invention concerne un procédé de finissage de l'enrobage de métal fondu appliqué sur un fil d'acier servant d'âme, dans lequel le toron est retiré du bain de métal à travers une filière immergée, avec un faible jeu, à grande vitesse et dans une atmosphère non oxydante.
L'appareil de la présente invention comprend un sup- port pour la filière, libre de se déplacer suivant une direction quelconque dans un seul plan et pouvant être ajusté dans un plan normal au plan du mouvements
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Cette invention présente une utilité particulière dans le finissage d'un enrobage de sine fondu appliqué à un fil d'acier à haute teneur en carbone (plus de 0,45%) destiné à des conditions d'application sévères. Tandis que cette appli- cation concernera principalement cette forme de réalisation de l'invention, il doit être entendu que le procédé et l'appa- reil divulgués ici sont utiles dans le finissage d'autres enro- bages de métaux fondus sur un objet cylindriques quelconque, tel qu'un fil ou un tube.
A titre d'exemple, on citera le fil d'acier enrobé de zinc servant d'âme dans les câbles en aluminium renforcés d'acier (désignés ci-après par ACSR). Ce fil doit avoir une résistance à la traction très élevée (au minimum 112 kg/mm2) et devrait posséder un haut degré de résistance à la corrosion.
Dans certains cas, les torons doivent être garantis pour une durée de 30 à 50 ans. A ces fins, la pratique habituelle exige l'utilisation d'un fil d'acier à enrobage métallique; la résistance à la traction dont question ci-dessus est assurée par le matériau de départ et la résistance à la corrosion est obte- nue par l'enrobage métallique:
L'ASTM (Société Américaine pour l'Essai des Matériaux) spécifie pour les enrobages de la classe A repris sous la désignation B245-63, que le fil d'acier enrobé servant d'âme au câble en aluminium ayant un diamètre de l'ordre de 0,264 cm à 0,304 cm doit avoir un enrobage d'un poids minimum de 0,244 kg/m2 de surface de fil non enrobée.
Suivant la pratique anté- rieure, on n'obtenait des enrobages de zinc de cet ordre de poids qu'avec des vitesses de fil relativement réduites.
Par exemple, on fabriquait anciennement avec succès un produit ayant les caractéristiques nécessaires, en utili- sant un lit de charbon de bois d'une épaisseur nominale de- 7,5 cm environ flottant sur la surface d'un bain d'enrobage et en retirant le toron enrobé à travers ce lit. Le lit de charbon de bois a pour effet d'essuyer l'enrobage adhérant au
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toron mais permet de retenir sur celui-ci un enrobage suffi- sant pour répondre aux conditions exposées ci-dessus. L'expé- rience acquise dans cette opération a montré que des vitesses de fil de l'ordre de 20 à 25 m/min. sont réalisables. A des vitesses plus élevées, l'enrobage adhérant au fil entraîne du charbon de bois hors du lit et on n'obtient qu'une surface rugueuse.
On sait également que l'on peut employer une filière de finissage au lieu du lit de charbon de bois, pour communi- quer à l'enrobage métallique les caractéristiques superficiel- les désirables. Suivant la pratique générale,ces filières de finissage sont espacées à une courte distance au-dessus du niveau normal de la surface du bain de métal d'enrobage et servent à arrêter l'enveloppe d'oxyde formée à la surface du bain et à empêcher sont entraînement par le toron. Cette pra- tique est largement utilisée dans le cas des enrobages d'alu- minium de poids inférieurs et intermédiaires appliqués aux fils d'acier à basse teneur en carbone.
Le but principal de la présente invention est de fournir un procédé et un appareil pour finir l'enrobage de métal fondu adhérant à un fil d'acier devant servir d'âme qui donneront des poids d'enrobage élevés et de bonnes carac- téristiques superficielles et permettront de grandes vitesses opératoires.
Suivant la présente invention, il est fourni un pro- cédé de finissage d'un enrobage de métal fondu sur un toron ferreux dont la surface a été complètement nettoyée au préa- lable pour la rendre réceptive au métal d'enrobage; le brin bain de ' nettoyé ayant ensuite été passé dans un/métal d'enrobage fondu; ce procédé se caractérise en ce qu'il consiste à extraire le toron du bain à travers une filière immergée, avec un faible jeu, et à prévoir une atmosphère non oxydante pour le toron sortant de cette filière.
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L'appareil pour finir un toron ferreux enrobé d'un métal, suivant la présente invention, est constitué par une filière présentant une ouverture pour le passage de ce toron, un support pour cette filière, comprenant un dispositif de fixation de celle-ci, une monture pour le support, permettant' à celui-ci de se déplacer suivant une direction quelconque dans un seul plan, et un dispositif pour ajuster la position de cette monture dans un plan normal au plan du mouvement du support.
On se reportera maintenant aux dessins annexés, où : la figure 1 est une vue de face, en élévation, de la monture pour la filière et le support de cette invention; la figure 2 est une vue de profil, en élévation, de la monture de la figure 1, montrant la relation entre celle-ci et le support de la filière, et la figure 3 est une coupe partielle, à plus grande échelle, suivant la ligne 3-3 de la figure 1, montrantles détails de la construction du support et de la filière.
L'enrobage continu par trempage à chaud d'un toron de base en acier implique un traitement préparatoire de celui- ci, pour rendre sa surface réceptive au métal d'enrobage fondu.' Ceci veut dire que la surface du toron doit être sufisamment nettoyée, de manière qu'un mouillage extrêmement rapide et complet par le métal d'enrobage fondu se produise sur immer- sion dans le bain d'enrobage.
Divers procédures de préparation sont bien connues dans ce domaine . Une procédure industriellement très répandue prépare la surface par un traitement thermique du toron dans une atmosphère oxydante où se forme sur celui-ci un enrobage d'oxyde contrôlé qui est ensuite éliminé dans une atmosphère- réductrice. Ces procédures sont décrites en détail dans les brevets Sendaimir n 2.110.893, 2.136.957 et 2.197.662.
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De telles procédures sont extrêmement avantageuses pour la plupart des opérations d'enrobage par métaux. Toute- fais, elles exigent des températures relativement élevées, '-'au'cours'du'traitement thermique de réduction en particulier, et ces températures ont un effet nuisible sur les propriétés mécaniques originelles du toron de base. Ces procédures sont donc quelque peu moins désirables pour le présent procédé où il est nécessaire de retenir les propriétés que le toron possède au départ.
D'autres processus de préparation et spécifiquement celui qui est le mieux approprié à la présente invention im- pliquent l'emploi de sels complexes comme fondant. Spécifique- ment, on fait passer le toron dans un bain de nettoyage acide, on le rince pour enlever la plus grande partie de l'acide du toron, puis on le fait passer dans un bain de fondant, tel qu'un bain de chlorure de zinc et d'ammonium. Lorsqu'il sort du bain de fondant, le toron est chauffé pour sécher le fondant! qu'il a entraîné, puis on le fait passer dans le bain d'enro- : bage de métal fondu.
Les phases préparatoires généralement décrites ci- dessus ne font pas parties comme telles de cette invention, mais on comprendra qu'une préparation de surface appropriée est nécessaire pour la mise en pratique de cette invention,
On supposera, en vue de la description qui suit, que la sur- face du toron a été adéquatement préparée par une procédure quelconque conforme à ce qui a été exposé ci-dessus.
Passant maintenant à la figure 3, on voit que le bain d'enrobage de métal fondu est désigné par 10 et le toron fer- reux de base, par 12. On se rend compte que le toron 12 est extrait du bain suivant un parcours vertical. Il est géné rale- ment reconnu que dans l'enrobage d'un toron cylindrique, le trajet vertical de sortie du bain est désirable, du fait que les forces naturelles de gravité et d'inertie n'ont pas ten-
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Suivant la forme préférée de cette invention, la monture décrite ci-dessus a une largeur lui permettant de rece- voir plusieurs supports. La figure 1 montre un de ces supports en place.
Quand plusieurs supports sont prévus, on se rend compte que la largeur de la fente doit être suffisante pour permettre un mouvement relatif entre les supports engagés par glissement dans celle-ci.
Des pinces de serrage 40 et des goussets 42 sont fixés à l'élément horizontal 34 à partir duquel ils s'étendent vers le haut. Ces pinces de serrage peuvent être fixées, dé manière à pouvoir les desserrer, au moyen de boulons 44 à une charpente appropriée quelconque voisine du pot d'enrobage.
Dans les dessins;1 cette charpente est généralement indiquée par 46.
Deux paires d'oreilles taraudées 48 sont également fixées à la charpente 46. Ces oreilles sont destinées à rece- voir les vis de réglage 50 dont l'extrémité inférieure est fixée relativement à l'élément horizontal 34 par les boulons de protection 42.
On croit que le fonctionnement de la monture ressort clairement de la description qui précède. Quand on desserre les boulons 44, les vis de réglage peuvent être actionnées par un dispositif approprié quelconque afin de relever ou d'abaisser les éléments horizontaux 34 et 38 et naturellement la fente délimitée entre les deux) et faire varier la position vertica- le du support par rapport au bain de métal d'enrobage. Une fois que la position désiréc a été réglée, la monture est verrouil- lée en place au moyen des boulons 44.
Ainsi qu'on le volt à la figura 3, le réglage verti- cal préféré de la monture est tel qu'au moins une partie da l'extrémité Inférieure du support 20 et de la filière 14 soit immergée dans .le bain de métal d'enrobage. L'étendue d'immer-
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portance exacte de l'immersion n'est pas critique; il est très important que la filière soit toujours maintenu immergée, afin d'empêcher l'enrobage d'oxyde qui se forme à la surface du bain d'arriver à la face d'entrée de la filière.
On croit que ce qui précède constitue en exposé complet de cette invention. Quoiqu'on ait décrit celle-ci à propos d'une force d'exécution donnée à titre d'exemple, il doit être entendu qu'on ne peut en déduire aucune limitation, sauf ce qui est exposé spécifiquement dans les revendications qui suivent.
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"Method and apparatus for finishing the metallic coating of a ferrous strand *
This invention relates to a method of finishing the coating of molten metal applied to a steel wire serving as a core, in which the strand is withdrawn from the metal bath through a submerged die, with low clearance, at high speed. and in a non-oxidizing atmosphere.
The apparatus of the present invention comprises a support for the die, free to move in any direction in a single plane and adjustable in a plane normal to the plane of motion.
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This invention has particular utility in finishing a molten sine coating applied to high carbon steel wire (greater than 0.45%) intended for severe application conditions. While this application will primarily relate to this embodiment of the invention, it should be understood that the method and apparatus disclosed herein are useful in finishing other coatings of molten metals on a cylindrical object. any, such as a wire or a tube.
By way of example, mention will be made of the steel wire coated with zinc serving as a core in steel-reinforced aluminum cables (hereinafter referred to as ACSR). This wire should have a very high tensile strength (minimum 112 kg / mm2) and should have a high degree of corrosion resistance.
In some cases, strands must be guaranteed for a period of 30 to 50 years. For these purposes, usual practice requires the use of a metal coated steel wire; the tensile strength referred to above is ensured by the starting material and the corrosion resistance is obtained by the metal coating:
The ASTM (American Society for the Testing of Materials) specifies for class A coatings listed under the designation B245-63, that the coated steel wire serving as the core of the aluminum cable having a diameter of order of 0.264 cm to 0.304 cm must have a coating with a minimum weight of 0.244 kg / m2 of uncoated wire surface.
According to prior practice, zinc coatings of this weight order were only obtained at relatively low wire speeds.
For example, in the past, a product with the necessary characteristics was successfully manufactured using a charcoal bed of nominal thickness of about 7.5 cm floating on the surface of a coating bath and removing the coated strand through this bed. The charcoal bed wipes away the coating adhering to the
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strand but makes it possible to retain thereon a coating sufficient to meet the conditions set out above. The experience gained in this operation has shown that wire speeds of the order of 20 to 25 m / min. are achievable. At higher speeds, the coating adhering to the wire drives charcoal out of the bed and only a rough surface is obtained.
It is also known that a finishing die may be employed in place of the charcoal bed to impart desirable surface characteristics to the metal coating. In general practice, these finishing dies are spaced a short distance above the normal level of the puddle metal puddle surface and serve to stop the oxide shell formed on the bath surface and prevent are driven by the strand. This practice is widely used in the case of lower and intermediate weight aluminum coatings applied to low carbon steel wires.
The main object of the present invention is to provide a method and apparatus for finishing the coating of molten metal adhered to a steel wire to serve as a core which will give high coating weights and good surface characteristics. and will allow high operating speeds.
According to the present invention there is provided a method of finishing a coating of molten metal on a ferrous strand the surface of which has been completely cleaned beforehand to make it receptive to the coating metal; the cleaned bath strand then having been passed through a molten coating metal; this process is characterized in that it consists in extracting the strand from the bath through an immersed die, with little play, and in providing a non-oxidizing atmosphere for the strand exiting this die.
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The apparatus for finishing a ferrous strand coated with a metal, according to the present invention, consists of a die having an opening for the passage of this strand, a support for this die, comprising a device for fixing the latter, a mount for the support, allowing the latter to move in any direction in a single plane, and a device for adjusting the position of this mount in a plane normal to the plane of movement of the support.
Reference will now be made to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a front elevational view of the die and holder mount of this invention; Figure 2 is a side elevational view of the frame of Figure 1, showing the relationship between the latter and the support of the die, and Figure 3 is a partial section, on a larger scale, on the line 3-3 of Figure 1, showing details of support and die construction.
The continuous hot-dip coating of a steel base strand involves a preparatory treatment thereof, to make its surface receptive to the molten coating metal. This means that the surface of the strand must be sufficiently cleaned, so that extremely rapid and complete wetting by the molten coating metal occurs upon immersion in the coating bath.
Various preparation procedures are well known in the art. A widely used industrial procedure prepares the surface by heat treatment of the strand in an oxidizing atmosphere where a controlled oxide coating forms thereon which is then removed in a reducing atmosphere. These procedures are described in detail in Sendaimir Patent Nos. 2,110,893, 2,136,957 and 2,197,662.
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Such procedures are extremely advantageous for most metal coating operations. However, they require relatively high temperatures, particularly during the reduction heat treatment, and these temperatures adversely affect the original mechanical properties of the base strand. These procedures are therefore somewhat less desirable for the present process where it is necessary to retain the properties that the strand initially possesses.
Other preparation procedures, and specifically that most suitable for the present invention, involve the use of complex salts as a flux. Specifically, the strand is passed through an acidic cleaning bath, rinsed to remove most of the acid from the strand, and then passed through a flux bath, such as a chloride bath. zinc and ammonium. When it comes out of the fondant bath, the strand is heated to dry the fondant! which it has entrained, then it is passed through the bath of coating of molten metal.
The preparatory steps generally described above do not form part as such of this invention, but it will be understood that a suitable surface preparation is necessary for the practice of this invention,
It will be assumed, for the purposes of the following description, that the strand surface has been adequately prepared by some procedure in accordance with what has been set forth above.
Turning now to Figure 3, we see that the molten metal coating bath is designated by 10 and the basic ferrous strand, by 12. We see that the strand 12 is extracted from the bath along a vertical path. . It is generally recognized that in encasing a cylindrical strand, the vertical path out of the bath is desirable because the natural forces of gravity and inertia do not tend.
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In accordance with the preferred form of this invention, the mount described above has a width enabling it to accommodate multiple brackets. Figure 1 shows one of these brackets in place.
When several supports are provided, it will be appreciated that the width of the slot must be sufficient to allow relative movement between the supports slidably engaged therein.
Clamps 40 and gussets 42 are attached to horizontal member 34 from which they extend upward. These clamps can be secured, so that they can be loosened, by means of bolts 44 to any suitable framework adjacent to the coating pot.
In the drawings; 1 this frame is generally indicated by 46.
Two pairs of threaded ears 48 are also fixed to the frame 46. These ears are intended to receive the adjustment screws 50, the lower end of which is fixed relatively to the horizontal element 34 by the protection bolts 42.
It is believed that the operation of the frame is apparent from the foregoing description. When the bolts 44 are loosened, the adjustment screws can be actuated by any suitable device in order to raise or lower the horizontal elements 34 and 38 and of course the slot delimited between the two) and to vary the vertical position of the support relative to the coating metal bath. Once the desired position has been set, the mount is locked in place with bolts 44.
As shown in Figure 3, the preferred vertical adjustment of the mount is such that at least a portion of the lower end of support 20 and die 14 is submerged in the bath of metal d. 'coating. The extent of
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exact lift of the immersion is not critical; it is very important that the die is always kept submerged, in order to prevent the oxide coating which forms on the surface of the bath from reaching the inlet face of the die.
The foregoing is believed to constitute a full disclosure of this invention. Although this has been described with respect to an exemplary execution force, it should be understood that no limitation can be deduced therefrom except as specifically set out in the following claims.