Procédé et installation pour le traitement thermique de bandes métalliques. La présente invention est relative à un procédé et à une installation pour le traite ment thermique de bandes en un alliage, notamment d'aluminium, comprenant un ou des constituants aptes à passer eu solution solide à température élevée, en vue de réa liser la dissolution complète du ou desdits constituants dans le métal principal et la trempe rapide de l'alliage pour conserver la structure métallurgique correspondant à la température élevée; le cas échéant, le procédé lent comprendre aussi un vieillissement à la température normale ou à des températures élevées.
La pratique, jusqu'à ce jour, pour effec- t uer ces traitements, était d'introduire des séries de feuilles de l'alliage d'aluminium par exemple dans un four ou dans un bain de sel clhauffé à une température comprise dans l'intervalle (le passage en solution solide pen- dant vingt à trente minutes, de sortir les feuilles chauffées, de les tremper rapidement dans un bain d'eau froide, de les sécher, de les redresser au moyen de cylindres de lissage et ensuite, si cela était nécessaire, d'effectuer un lissage sous tension et un recuit.
Mais le traitement de feuilles individuelles est assez couteux, car il exige une main-d'#uvre très importante, il prend beaucoup de temps et donne lieu à. des pertes excessives par dé- etiets.
Le procédé selon l'invention, pour le traitement thermique continu d'une bande en un alliage comprenant. au moins un consti tuant apte à passer en solution solide, permet d'éviter les inconvénients ci-dessus; il est caractérisé par le fait que l'on introduit cette bande dans une zone de chauffage où elle est portée rapidement à une température provo quant le passage dudit constituant en solu tion solide, on maintient ensuite la bande dans une seconde zone de chauffage approxi mativement à cette même température pen dant quelque temps, puis on amène la bande dans une zone de trempe où elle est refroidie rapidement à une température sensiblement inférieure à la température ci-dessus.
L'installation pour mettre en oeuvre ce procédé comprend un dispositif de chauffage principal pour amener rapidement la bande à une température provoquant le passage du- dit constituant en solution solide, un dispo sitif de chauffage indépendant pour mainte nir la bande à la température atteinte dans le premier dispositif et un dispositif de trempe.
L'invention sera maintenant décrite en référence au dessin annexé qui représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'installation pour la mise en oeuvre du pro cédé.
La fig. 1 est une vue en élévation latérale de la première forme d'exécution de l'instal lation.
La fig. 2 est une vue en plan de l'instal lation représentée à la fig. 1. La fig. 3 est une vue en élévation latérale du four de maintien.
La fig. 4 est une vue en élévation latérale prise du côté d'entraînement du four de maintien.
La fis. 5 est une vue en élévation laté rale montrant le dispositif d'alimentation de l'installation.
La fig. 6 est un schéma montrant les cir cuits et les commandes de l'unité de chauf fage par induction.
La fis. 7, enfin, est une vue en élévation d'une partie de la seconde forme d'exécution de l'installation.
L'installation des fis. 1 et 2 comprend une boite à bobines Il, un dispositif de trac tion par friction 12, une cisaille 73, une sou deuse par points 14 et un dispositif de ser rage associé avec elle, une paire de rouleaux de pincement 16 de part et d'autre d'un puits 17 de formation de boucle, une paire de rouleaux clé pincement 18 disposés l'un à côté de l'autre, une unité de chauffage par induction 19, un four 21 de maintien de la température, un bac de trempe 22, une sécheuse à air chaud 23, une paire de rou leaux de pincement superposés 24 de part et d'autre d'un puits 25 de formation de boucle, un redresseur de bande 26, un rou leau de renvoi 27, une cisaille 28 et un tam- bonr 30 de réembobinage.
Les rouleaux de pincement 16 sont commandés par des mo teurs 16a, les rouleaux de pincement 18 par un moteur 18ca, les rouleaux de pincement 24 par des moteurs 24c; le séchoir à air chaud 23 est muni d'un réchauffeur d'air et d'un ventilateur soufflant 23a; le dispositif redres seur 26 est commandé par un moteur et par un engrenage réducteur 26a; enfin, le tam bour 30 est commandé par un moteur 30u.
Etant donné que les commandes des divers moteurs comportent des dispositifs distincts de réglage de vitesse tels que des rhéostats ou autres dispositifs analogues, dispositifs au moyen desquels on peut régler initialement la vitesse de chaque moteur pour assurer un dé placement uniforme de la bande à travers l'installation, on a jugé inutile d'exposer et de représenter de manière particulière les dé tails correspondants.
L'unité de chauffage par induction 19, telle qu'elle est représentée plus particulière ment sur la fig. 3, et dans laquelle la bande continue est portée à la température désirée, comprend un bâti formé de fers 29 en U verticaux et espacés sur les côtés desquels sont soudés des fers 31 en<B>U</B> transversaux espacés, d'autres fers 32 en U étant soudés à la partie supérieure des fers 29. Des pièces transversales 33 soudées aux fers 29 en U à l'extrémité d'entrée du four supportent un ensemble de bobines 34 formant une unité de chauffage par induction entre les pôles de laquelle est ménagé un passage approprié 35 dans lequel on fait circuler la bande pour la chauffer, de manière continue, aux tempéra tures désirées.
De chaque côté des aimants de l'unité de chauffage par induction sont dis posés des écrans marginaux allongés 40 per cés de fentes dans lesquelles passent. les bords de la bande. Bien qu'un système de réfrigé ration ait été prévu, système constitué par un ventilateur soufflant et par un système hy draulique pour refouler de l'air et un fluide réfrigérant à travers les diverses parties des bobines, les côtés et le bâti sont exposés à l'air pour permettre un. refroidissement addi tionnel des bobines par contact. direct, avec l'atmosphère.
Entre la partie inférieure de l'unité 19 de chauffage par induction et. la partie supé rieure du four 21 de maintien de la tempé rature sont placés trois rouleaux redresseurs clé la bande 36, 37 et 38 (voir fi-. 4), montés dans des paliers appropriés par les extré mités de leurs arbres et entre lesquels on fait passer la bande pour supprimer les coques de la matière et pour lui donner une surface plane lorsqu'elle quitte le four à, induction et avant son entrée clans le four de main tien 21.
Le four de maintien 27, comme on le voit plus particulièrement sur la fig. 3, comprend deux chambres ou sections 39 et -i1 commu niquant directement l'une avec l'autre et qui sont, extérieurement, complètement. entoures par des feuilles de métal et par une matière calorifuge 42 appropriée. Du côté d'entrée du four de maintien est ménagée une étroite ouverture 43 dans laquelle on fait passer la bande sans qu'il puisse se produire une perte indue de chaleur. Une ouverture semblable 44 est prévue du côté de sortie du four.
A l'intérieur de la section 39 du four et près de son fond est disposé un rouleau 45 de formation de boucle supporté par un arbre 46. Les extrémités de ce dernier passent dans des ouvertures appropriées ménagées dans les côtés du four et sont montées dans des pa liers flottants 47 fixés à une extrémité d'un levier 48 pivotant sur un arbre 49 supporté par des consoles ou chaises 51. A chacun des paliers flottants 47 est fixée, sur son extré mité externe, une tige 52 se prolongeant par un piston qui peut être déplacé clans un sens ou dans l'autre par un cylindre 53 articulé sur un support 54.
Sur l'une des extrémités (le l'arbre 49 (fig. 4) est clavetée une roue à chaîne 55 sur laquelle passe une chaîne 56 commandée par -une roue à chaîne 57 calée sur l'arbre d'un moteur 45a. Sur l'arbre moteur est calée une seconde roue à chaîne 59 qui revoit une chaîne 61 passant. sur une roue à chaîne 62 d'une unité 63 par laquelle une roue à chaîne 64 placée du côté de sortie de l'unité est mise en rotation. Sur la roue 64 passe une chaîne sans fin 65 qui passe égale ment sur les roues 66, 67 et 68 montées sur les arbres des rouleaux 36, 3 7 et 38, respec tivement, et qui commande ces roues.
A l'intérieur de la partie supérieure fer mée et entre les deux rouleaux 37 et. 38 dis posés au voisinage immédiat du parcours de la bande est placé un dispositif 69 de mesure de la. température de la bande agencé pour réagir à la température de la bande à sa sortie du dispositif de chauffage par induc tion et pour commander le régulateur de ten sion, grâce à. quoi la tension se trouve modi fiée dans la mesure nécessaire pour faire appliquer la quantité désirée de chaleur à la bande par le dispositif de chauffage par induction. Ceci n'est pas décrit avec tous ses détails ici parce que la construction de ce dis- positif peut affecter des formes diverses et que l'on trouve sur le marché des unités appropriées à ce but.
De préférence, une telle unité est telle qu'aucun contact ne se pro duise avec la bande.
A l'intérieur et à la partie supérieure de la chambre 41 du four de maintien sont. pla cés deux rouleaux enrouleurs 71; les extré mités des arbres de ces rouleaiLY sont. prolon gées à travers les parois du four et sont sup portées par des paliers appropriés 72 fixés aux éléments transversaux 73 s'engageant à travers la paroi du four. Chacun des rou leaux 71 est commandé par un moteur élec trique 71a qui lui est relié directement. Sur une partie très importante de la circonfé rence de chacun des rouleaux 71 passe -une courroie sans fin 74 faite en -une matière appropriée résistant à la chaleur.
La courroie 74 est supportée par trois rouleaux fous 75 dont les arbres ont. leurs extrémités montées dans des paliers appropriés à l'extérieur des parois du four et par un rouleau fou addi tionnel 76 supporté par des paliers flottants 77 montés dans des guides à l'extérieur de la paroi du four. Des contrepoids 78 sont sus pendus aux paliers flottants pour solliciter ceux-ci vers le bas afin de maintenir les cour roies sans fin en contact direct avec les rou leaux enrouleurs 71. A la partie inférieure de la chambre 41 est disposé un rouleau 79 de formation de boucle supporté par un arbre 81.
Ce rouleau est monté de la même manière que le rouleau 45; il est porté par des pa liers 82 fixés aux leviers 83 et aux extrémités de tiges 84 portant des pistons et s'éten dant vers le haut à partir d'une paire de cylindres 85. Etant donné que la tension de la. matière en bande passant autour des rou leaux 45 et 79 doit être assez limitée, les deux rouleaux 45 et 79 peuvent être sollicités vers le haut par une force suffisante soit.
pour ne permettre que l'action d'une partie du poids des rouleaux et des leviers sur la bande, soit pour permettre une action de valeur suffisante pour supprimer toute ten sion de la bande, à l'exception de celle pro duite par le poids de ladite bande elle-même, Aux paliers 47 du rouleau 45, du côté du four opposé au cran d'entraînement, est fixée une extrémité d'une chaîne 86 passant sur une roue à chaîne 87 calée sur l'arbre d'un rhéostat 88 fixé à la paroi du four. A l'extré mité opposée de la chaîne 86 est fixé un contrepoids 89.
Le rhéostat 88 est monté dans le circuit électrique du moteur 71 du premier rouleau enrouleur et du moteur 45a; lorsque le rouleau 45 de formation de boucle monte ou descend, la vitesse de ce rouleau 45 et du rouleau enrouleur 71 suivant diminue ou augmente, par suite de la variation de la résistance dans le circuit, pour contrôler la longueur de bande à l'intérieur de la pre mière partie du four. De même, une chaîne 90 est fixée au palier du rouleau 79 de for mation de boucle et passe sur une roue à chaîne 91 fixée à l'arbre d'un rhéostat 92 fixé à la paroi du four. Un contrepoids 93 est suspendu à l'extrémité opposée de la chaîne.
Le rhéostat 92 est monté dans le circuit élec trique du second moteur 71a et du moteur 79a, de telle manière que, lorsque le rouleau 79 monte ou descend, la vitesse de ce rou leau 79 et du second rouleau enrouleur 71 diminue ou augmente, par suite de la varia tion de la résistance dans le circuit, pour assurer le contrôle de la longueur de bande désirée dans la dernière partie du four.
Un système de soufflage d'air chaud est prévu pour remettre en circulation et pour réchauffer l'atmosphère du four de main tien; ce système comprend un ventilateur souffleur 94 commandé par moteur, ventila teur qui aspire l'atmosphère de la chambre de four 39 par un conduit 95 et qui la refoule à travers une unité de chauffage électrique par résistance 96 et par un conduit 97 dans la chambre de four 41. Un thermostat 98 est disposé du côté de sortie du conduit 9 7 et est placé dans le circuit de l'unité de chauf fage électrique par résistance 96, de manière que le courant traversant l'unité 96 puisse être contrôlé avec précision pour l'obtention d'air à la température désirée.
Sous le four, du côté sortie de celui-ci, est disposé un<U>bac</U> de trempe 22. Ce bac est muni d'un dispositif d'aspersion d'eau froide 99 enfermé dans une chambre 100 à travers laquelle passe la bande avant de quitter le four. Un rouleau de renvoi 101 autour de la partie inférieure duquel passe la bande est monté, de manière à pouvoir tourner entre les deux bras inférieurs d'un levier coudé 102 formant fourche monté de manière à pouvoir pivoter sur un arbre 103 supporté par des paliers 104 à la partie inférieure du bac. Le rouleau 101 est muni d'une roue à chaîne 105 sur laquelle passe une chaîne 106 venant d'une roue à chaîne 107 calée sur l'arbre d'un moteur de commande 101a, la chaîne 106 entraînant ainsi la roue 105.
De l'arbre 103 part vers le haut un bras 108 articulé par son extrémité supérieure à une tige 109 d'un piston commandé par un cy lindre hydraulique 111 et servant à équi librer le poids (lu rouleau 101 et des organes qui lui sont associés afin de maintenir une tension réglée pour la bande.
L'une des extrémités d'une chaîne 113 passant sur une roue à chaîne 114 calée sur l'arbre d'un rhéostat 113 est attachée à un axe 112 partant du bras 1_08. U n contre poids 116 est suspendu à l'extrémité opposée de la chaîne. Le rhéostat 1_l:
5 est monté dans le circuit électrique du moteur 21a de com mande du système de rouleaux de pincement, du côté entrée du puits 25 de foriiiatiori de boucle et dans celui du moteur de commande du rouleau 1.01, de telle manière que, lorsque le bras est déplacé vers le four ou écarté de celui-ci par suite d'un ehangement de lon gueur de la bande, la vitesse des moteurs 101a et 24r est obligée de croître ou de dé croître,
en faisant varier la vitesse du rou leau 101 et des rouleaux de pincement 24 respectivement, grâce à quoi on maintient l'état d'équilibre\ désiré. Cette organisation a pour effet. de faire passer à coup sûr la bande sous le niveau de l'eau dans le bac, en vue d'un refroidissement additionnel, sans imposer d'efforts inutiles de tension sur la bande du côté de sortie du four.
A la partie inférieure de chaque puits de formation de boucle sont placés deux jeux de commandes à cellule photo-électrique. Dans le premier puits 17, un jeu inférieur 117 est monté dans le circuit du moteur 16n des rou leaux de pincement du côté d'entrée du puits, de telle manière que, lorsque la bande tombe assez bas pour intercepter le faisceau lumi neux, la vitesse du moteur 16a des premiers rouleaux de pincement se trouve réduite légèrement pour permettre à la boucle de monter. Le second jeu de commandes à cel lule photoélectrique 118 est placé au-dessus du premier jeu et est monté dans le même circuit électrique que celui-ci.
Si la boucle monte dans le puits assez haut pour per mettre au faisceau lumineux de passer sans être intercepté et de frapper la cellule photo électrique supérieure, le moteur situé du côté d'entrée dans le puits se trouve accéléré, ce qui permet à la boucle de descendre dans le puits. Les commandes 119 et 121 par cellule photoélectrique placées dans le second puits 25 fonctionnent de manière analogue et sont montées clans le circuit du moteur 24a de commande des rouleaux de pincement, à l'extrémité de sortie du puits 25, pour le contrôle de sa vitesse.
Comme on le voit sur la fig. 6, le système de contrôle fournissant le courant électrique nécessaire à l'unité de chauffage par induc tion comprend un interrupteur 122 relié au réseau et à un auto-transformateur 123 qui, à son tour, est relié à un régulateur de ten sion à induction 124 connecté, par l'intermé diaire de deux barres-omnibus 125 et 126, aux bobines de l'ensemble de bobines du dis positif de chauffage par induction 34 et à une série de capacités 127.
Le dispositif 69 de mesure de la température de la bande, placé sous l'ensemble de bobines d'induction 34, est relié à un appareil indicateur de tempéra ture 161 duquel partent des conducteurs amenant du courant pour exciter soit une bobine de relais d'avance 162, soit une bo bine de relais de retard 163, suivant que la température de la bande est supérieure ou inférieure à une valeur prédéterminée. Par exemple, qund la température de la bande tend à devenir trop basse, la bobine de relais d'avance 162 se trouve excitée et elle ferme une série de contacts F1, F2, F3, ce qui a pour effet de faire tourner un moteur 164 en avant et de provoquer une rotation lente du rotor du régulateur de tension ayant pour effet d'augmenter la quantité d'énergie four nie à l'unité de chauffage par induction.
Quand la température de la bande s'élève au-dessus d'une valeur prédéterminée, la bo bine de relais de retard se trouve excitée, ce qui feigne les contacts Ri, R2 et Rs et ce qui provoque la rotation du moteur 164 et du, rotor du régulateur de tension en sens inverse pour réduire la quantité d'énergie fournie à l'unité de chauffage par induction. Par un réglage convenable des dispositifs de com mande à capacités, on peut, à tout moment, , maintenir sensiblement un .facteur de puis sance d'unité dans le système électrique.
Pour enfiler l'extrémité avant de la bande à travers les parties les moins accessibles de l'installation, on a prévu l'ensemble repré senté sur la fig. 5 et qui comporte deux cibles disposés pour venir en prise avec l'extrémité de la bande du côté entrée du four de main tien et pour entraîner la bande à travers le four et le reste de l'installation jusqll'all tambour de réembobinage. A la partie supé rieure du bâti du four: de part et d'autre de celui-ci, sont fixés deux palans 128 autour des poulies desquels passent des câbles dis tincts 129 qui passent également sur les pou- ; lies de palans 131 mobiles verticalement et auxquels sont fixées des poids 132.
L'extré mité libre de chaque câble passe sur deux poulies<B>133</B> supportées par des consoles fixées à la partie extérieure du four, à travers l'ouverture 43, autour de plusieurs paires de poulies 134 disposées à l'intérieur du four de maintien de la température, à travers l'ouver ture 44 ménagée du côté sortie du four, sur des poulies simples 135, sur une paire de pou- , lies 136, sur d'autres poulies simples 137 et 138, à travers les deux unités de rouleaux de pincement 24 et finalement parviennent au tambour 30 sur lequel sont fixées les extré mités desdits câbles afin qu'une partie de ceux-ci s'enroule sur ledit tambour.
La posi- tion des palans représentée sur la fig. 5 est celle correspondant à l'emmagasinage (le la longueur maximum de câble; c'est aussi celle à partir de laquelle l'enfilage dans l'instal lation a lieu. Une barre de préhension 139 de la bande est disposée pour être fixée à l'extrémité avant de la bande, à l'extrémité de sortie de l'unité de chauffage par induc tion et aux câbles d'enfilage 129, de telle ma nière que l'on puisse faire tourner le tam bour pour enrouler lentement les câbles sur lui afin de tirer la bande à travers le four de maintien jusqu'au dispositif redresseur 26 de la bande.
Dès que l'enfilage a été achevé, on ferme les rouleaux du dispositif 24 de pincement du côté de sortie du puits à boucle 25, on détache la barre de préhension de la, bande et des câbles, on fait avancer la bande à travers le dispositif redresseur et la cisaille, puis jusqu'au tambour 30. On déroule les câbles du tambour 30 et, sous l'action des poids 132, les palans 131 se déplacent vers le bas, grâce à quoi le câble en excès se trouve emmagasiné ou rassemblé entre les palans fixes et les palans mobiles. On détache alors les deux extrémités des câbles du tambour et on les fixe de préférence au bâti du dispo sitif redresseur à rouleaux où ils sont facile ment accessibles pour les opérations d'assem blage suivantes.
Dans le fonctionnement de l'installation, on place dans la boîte à bobines 11 une bo bine de bande à traiter, bobine de laquelle on déroule une partie de métal que l'on fait pas ser à la main à travers le dispositif de trac tion par friction 12, la cisaille 13 où son extrémité avant est coupée, à travers le dis positif de soudure par points 14 et le dispo sitif de serrage 15, à travers les rouleaux de pincement 16 et le puits 17 de formation de boucle, à travers les rouleaux de pincement 18, l'unité 19 de chauffage par induction et entre les trois rouleaux redresseurs 36, 37 et 38. En ce point, on file la barre de préhen sion 139 à l'extrémité avant de la bande et on attache les extrémités de la barre aux deux câbles 129.
Etant donné que dans l'opération d'enfilage, les extrémités des càbles sont fixées glu tambour 3b, en faisant tourner ce dernier on enroule les câbles sur lui et on tire la bande à travers le four lie maintien 21, le bac de trempe 22, le dispositif de séchage 23 et les deux unités 24 de rouleaux (le pince ment, point où l'on interrompt la rotation du tambour. (O)il détache alois la barre de pré hension 139 des câbles et on engage la bande à travers le dispositifc lredresseur et la craille jusqu'au tambour. Le câble en excès est dé roulé du tambour et rassemblé entre les pa lans 128. On détache les extrémités des câbles du tambour et on les fixe de préférence au bâti du dispositif redresseur 26.
L'extrémité avant de la bande est alors détachée de la barre de préhension 139, on la fait passer à travers le dispositif redres seur et la cisaille et on l'attaclhe au tambour 30. Le four étant à la température voulue, on excite les divers moteurs et on règle leur vi- tisse pour assurer l'obtention des conditions nécessaires de traitement thermique. Lorsque la première bande a été conmplètement dé roulée, on cisaille soln extrémité arrière et on interrompt son mouvement dians le dispositif à souder 14 pour la fixer à l'extrémité avant coupée d'équerre d'une nouvelle bobine intro duite dans la boîte à bobines 11.
Le puits à boucle prévit à ].'extrémité d'entrée de l'ins tallation assure une fourniture continue (le bande pendant, les opérations d'union des bandes et le puits ?5 permet à la bande, lors qu'elle sort du four,
d'v être emmagasinée pendant l'intervalle au cours duquel les extrémités réunies sont coupées de la bande par la cisaille ?8 et pendant que la bobine est enlevée du tanibotii:@.
La fi-. 7 montre partiellement une foi-me d'exécution de l'installation dans laquelle on a. prévu un dispositif de chauffage auxiliaire pour appliquer une quantité additionnelle. de chaleur à la bande et pour élever la tempé rature de celle-ci à la température de main tien nécessaire.
Si on chauffe par induction une bande continue de métal. présentant des fissures sur ses bords, une température plus Mevée est produite par induction dans les zones des bords fissurés par l'effet de la concentration du courant due au trajet di- ergent qu'il est obligé de suivre. Si le corps principal de la bande ne présentant que des bords légèrement fissurés était chauffé ini tialement à la température voulue, nue tem pérature de beaucoup plus élevée et indési rable serait atteinte sur les bords par suite de surchauffe.
Pour éviter que les bords de la bande soient soumis à une surchauffe, l'installation comprend une unité 151 de chauffage par induction dans laquelle la bande en alliage d'aluminium, par exemple, est chauffée à une température d'environ 470 à 480 qui est légèrement inférieure à la température de passage en solution solide et une unité de chauffage auxiliaire 152 munie dl'ajutages 153 dirigés vers le bas et faisant fun certain atn gle avec la bande, ajutages dans lesquels on fait passer à grande vitesse de l'air chauffé pour amener uniformément la température de la bande dans l'intervalle de traitement solide.
Etant donné que l'unité auxiliaire 152 est établie pour être intercalée dans l'installation représentée sur la fig. 3, l'air chaud peut être prélevé dans la conduite 97 et envoyé à travers un ventilateur souf- f lant 154, une résistance électrique chauffant à température élevée 155 et dans la nourrice 156 d'alimentation des ajutages par un con duit, 157. t n thermostat 158 est disposé à l'extrémité dè sortie du conduit 157 et est relié au circuit du dispositif de chauffage 155, grâce à quoi la quantité de courant qui lui est fournie se trouve automatiquement contrôlée.
De cette manière, on peut porter uniformément la température de la bande à une valeur désirée sans risquer de surchauf- f er ses bords.