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REVENDICATION
Dispositif de refroidissement d'un fil métallique revêtu d'une couche métallique à l'état fondu, caractérisé par le fait qu'il comporte une enceinte verticale comprenant un passage inférieur d'entrée du fil et un passage supérieur de sortie de ce fil, un conduit s'ouvrant à sa partie supérieure et relié à un pompage à vide, un conduit de remplissage contrôlé par une vanne et un déflecteur présentant au moins une partie inférieure transversale à la trajectoire du fil et une ouverture centrée sur cette trajectoire, cette enceinte étant entourée par un circuit d'un liquide de refroidissement présentant une admission destinée à être reliée à une source de ce liquide ainsi qu'une évacuation dudit liquide.
La présente invention a pour objet un dispositif de refroidissement d'un fil métallique revêtu d'une couche métallique à l'état fondu. Ce revêtement est généralement formé par le passage axial du fil au travers d'une enceinte maintenue remplie de ce métal de revêtement à l'état fondu, verticalement de bas en haut par l'intermédiaire de deux ouvertures ménagées à l'aplomb l'une de l'autre dans des portions opposées de la paroi de ladite enceinte.
Avec un tel mode de revêtement, le refroidissement à l'aide d'un liquide pose le problème du maintien de ce liquide au-dessus de l'enceinte de métal en fusion, le fil revêtu de ce métal encore liquide devant pouvoir pénétrer sans contact avec un joint ou une surface quelconque dans l'enceinte de refroidissement, contrairement à la solution préconisée par le US-A-3 664293.
On a déjà proposé de résoudre ce problème en pulvérisant latéralement le liquide de refroidissement contre le fil comme décrit dans le US-A-3 782326. Toutefois, ce mode de refroidissement est moins efficace dans la mesure où la surface de refroidissement dans la portion de fil traitée est plus faible que dans le cas où la même portion de fil passe dans un bain de liquide. En outre, cette pulvérisation est susceptible de perturber l'état de surface du revêtement déposé et non encore durci. Ce risque s'accentue encore lorsque ce revêtement est constitué par un alliage, du fait que la température de solidification d'un alliage s'étend sur un intervalle plus ou moins étendu, fonction des constituants de l'alliage. Enfin, ce mode de refroidissement nécessite de recueillir l'eau pulvérisée.
On a également proposé dans le US-A-3 727895 de refroidir un fil ayant traversé un bain de revêtement, en le faisant passer dans un dispositif de refroidissement dans lequel le liquide de refroidissement est envoyé tangentiellement contre le fil pour former un écoulement en hélice du haut en bas d'une chambre de refroidissement s'évasant à sa base. Du gaz sous pression envoyé dans une chambre située audessous oblige alors le liquide à sortir par la base évasée de la chambre de refroidissement. Avant d'arriver dans la chambre de refroidissement, le fil doit traverser une zone de gaz projeté à grande vitesse, produisant ainsi un haut niveau de bruit et créant un écoulement turbulent qui risque de perturber la surface liquide du revêtement.
Le but de la présente invention est de remédier au moins partiellement aux inconvénients susmentionnés.
A cet effet, cette invention a pour objet un dispositif de refroidissement selon la revendication.
L'avantage de ce dispositif est d'assurer un refroidissement sans génération de turbulences qui risquent de perturber la surface du revêtement avant qu'il ne se solidifie. Par ailleurs, la solution proposée est simple aussi bien par sa conception que par son utilisation. Elle n'est cependant pas limitée au cas du revêtement par passage du fil dans un bain de métal fondu, mais elle s'applique également au refroidissement de fil recuit, de fil revêtu galvaniquement, etc. Par ailleurs, le terme fil englobe bien évidemment des fils de toute section rectangulaire aussi bien que circulaire.
Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple,
une forme d'exécution du dispositif de refroidissement objet de la présente invention.
La fig. 1 est un schéma général d'une installation pour le revêtement d'un fil métallique, munie du dispositif de refroidissement objet de l'invention.
La fig. 2 est une vue en coupe longitudinale agrandie de ce dispositif.
Cette installation comporte un poste d'alimentation 1 destiné à délivrer le fil 2 à revêtir. Ce fil passe ensuite dans un poste de préchauffage 3 qui comporte une alimentation de courant 4 par frotteurs 5 entre trois poulies 6. Ensuite, le fil 2 passe dans une buse 7 alimentée en métal en fusion par un creuset 8, dont le niveau de métal fondu est commandé par un piston plongeur 9. La buse 7 présente deux ouvertures 7a et 7b situées à l'aplomb l'une de l'autre dans la trajectoire verticale du fil. Au-dessus de cette buse 7 se trouve un dispositif de refroidissement 10 alimenté par une circulation d'eau. A la sortie de ce dispositif de refroidissement, le fil 2 est conduit vers un poste de bobinage 11.
Le dispositif de refroidissement 10 illustré en détail par la fig. 2 comporte une première enceinte 12 présentant une ouverture 13 à sa base, constituant le passage par lequel le fil 2 sortant de la buse 7 entre dans l'enceinte 12. A son extrémité supérieure, L'enceinte 12 est fermée par un organe d'obturation 14 ajusté à la paroi de cette enceinte par un joint d'étanchéité 15. Cet obturateur 14 présente un canal 16 coaxial à l'ouverture 13 et constituant le passage de sortie du fil 2. La base de cette enceinte 12 est reliée par un conduit 17 et une vanne 18 à un réservoir d'un liquide de refroidissement (non représenté). Un autre conduit 19 relie la partie supérieure de cette enceinte 12 à une source d'aspiration 20 qui peut être constituée par une simple pompe à vide à écoulement d'eau ou par une pompe à vide mécanique.
Cette enceinte 12 est entourée d'un manchon creux 21 qui est relié par un conduit 22 à une alimentation en eau courante et par un conduit 23 à une évacuation d'eau. L'enceinte 12 renferme un déflecteur 24 qui présente une partie inférieure 24a s'étendant transversalement au fil 2, cette partie étant percée d'une ouverture 24b destinée à laisser passer le fil 2.
Le dispositif de refroidissement décrit est mis en fonction en remplissant tout d'abord l'enceinte 12 de liquide. A cet effet, I'ouverture 13 est obturée, la vanne 18 est ouverte, on place l'extrémité du conduit 17 dans un récipient contenant le liquide de refroidissement et on met la pompe à vide en action jusqu'à ce que le niveau de liquide désiré soit atteint dans l'enceinte 12. On ouvre alors l'ouverture 13 et on ferme la vanne 18. La pompe à vide est actionnée pour maintenir le liquide dans l'enceinte 12, de sorte que des bulles sont aspirées à travers l'ouverture 13. Dans cet exemple, le diamètre de l'ouverture 13 est de 8 mm pour un fil 2 de 0,6 mm. On peut régler la pompe pour que le débit de ces bulles soit faible et ne perturbe pas la couche encore liquide entourant le fil.
En outre, le déflecteur 23 dévie les bulles de la trajectoire du fil 2 assurant ainsi un contact direct entre le fil et le liquide de refroidissement et donc un refroidissement régulier du fil, ce qui n'est pas le cas lorsque des bulles suivent le fil à travers le liquide. De plus, la déviation de ces bulles évite de perturber la couche revêtant le fil pendant son refroidissement. Durant tout le processus de refroidissement, de l'eau s'écoule à travers le manchon creux 21 de manière à évacuer la chaleur du liquide de refroidissement de l'enceinte 12.
En admettant un transfert de chaleur optimal entre le fil et le liquide de refroidissement de l'enceinte 12, constitué par de l'eau, la quantité de chaleur évacuée du fil, pour un fil de cuivre de 0,6 mm de diamètre revêtu de Pb-Sn, refroidi de 250 C à 50 C, est donnée par la formule:
P (watt) = 3,95 V (m/min)
En admettant un transfert thermique optimal entre la colonne d'eau de l'enceinte 12 et l'eau circulant dans le manchon creux 21, et en fixant l'élévation de la température entre l'entrée et la sortie du
manchon creux 21 à 30 C, on peut évaluer le débit d'eau nécessaire à travers ce manchon à:
D (1/min) = I,2 10-3 V (m/min)
Le débit d'eau nécessaire à la vitesse maximale de production de 300 m/min serait alors de 0,54 I/min. La hauteur de la colonne d'eau de l'enceinte était d'environ 70 cm correspondant à un volume nie- rieur à 1,5 1.
D'autres essais ont été réalisés avec succès pour refroidir un fil de laiton recouvert de zinc pur.
Dans tous les cas, on a constaté une amélioration de la qualité de surface du revêtement ainsi qu'un très faible niveau de bruit du dispositif de refroidissement.
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CLAIM
Cooling device for a metal wire coated with a metal layer in the molten state, characterized in that it comprises a vertical enclosure comprising a lower inlet passage for the wire and an upper outlet passage for this wire, a conduit opening at its upper part and connected to a vacuum pumping, a filling conduit controlled by a valve and a deflector having at least one lower part transverse to the path of the wire and an opening centered on this path, this enclosure being surrounded by a circuit of a coolant having an intake intended to be connected to a source of this liquid as well as an evacuation of said liquid.
The present invention relates to a device for cooling a metal wire coated with a metal layer in the molten state. This coating is generally formed by the axial passage of the wire through an enclosure kept filled with this coating metal in the molten state, vertically from bottom to top via two openings arranged vertically one on the other in opposite portions of the wall of said enclosure.
With such a coating method, cooling with a liquid poses the problem of maintaining this liquid above the enclosure of molten metal, the wire coated with this still liquid metal having to be able to penetrate without contact. with a seal or any surface in the cooling enclosure, unlike the solution recommended by US-A-3 664293.
It has already been proposed to solve this problem by spraying the coolant laterally against the wire as described in US-A-3 782326. However, this cooling mode is less effective since the cooling surface in the portion of treated wire is weaker than in the case where the same portion of wire passes through a liquid bath. In addition, this spraying is likely to disturb the surface condition of the coating deposited and not yet cured. This risk is further accentuated when this coating consists of an alloy, because the solidification temperature of an alloy extends over a more or less extended interval, depending on the constituents of the alloy. Finally, this cooling method requires collecting the sprayed water.
It has also been proposed in US-A-3 727895 to cool a wire having passed through a coating bath, by passing it through a cooling device in which the coolant is sent tangentially against the wire to form a helical flow from top to bottom of a cooling chamber flaring at its base. Pressurized gas sent to a chamber below it then forces the liquid to exit through the flared base of the cooling chamber. Before arriving in the cooling chamber, the wire must pass through a zone of gas projected at high speed, thus producing a high level of noise and creating a turbulent flow which is likely to disturb the liquid surface of the coating.
The object of the present invention is to at least partially remedy the aforementioned drawbacks.
To this end, the subject of this invention is a cooling device according to claim.
The advantage of this device is to provide cooling without generation of turbulence which may disturb the surface of the coating before it solidifies. Furthermore, the proposed solution is simple as well by its design as by its use. It is however not limited to the case of coating by passing the wire through a bath of molten metal, but it also applies to the cooling of annealed wire, galvanically coated wire, etc. Furthermore, the term wire obviously includes wires of any rectangular as well as circular section.
The attached drawing illustrates, schematically and by way of example,
an embodiment of the cooling device object of the present invention.
Fig. 1 is a general diagram of an installation for coating a metal wire, provided with the cooling device which is the subject of the invention.
Fig. 2 is an enlarged longitudinal section view of this device.
This installation comprises a supply station 1 intended to deliver the wire 2 to be coated. This wire then passes through a preheating station 3 which includes a current supply 4 by wipers 5 between three pulleys 6. Then, the wire 2 passes through a nozzle 7 supplied with molten metal by a crucible 8, the metal level of which molten is controlled by a plunger piston 9. The nozzle 7 has two openings 7a and 7b located perpendicular to each other in the vertical path of the wire. Above this nozzle 7 is a cooling device 10 supplied with a circulation of water. At the outlet of this cooling device, the wire 2 is led to a winding station 11.
The cooling device 10 illustrated in detail in FIG. 2 comprises a first enclosure 12 having an opening 13 at its base, constituting the passage through which the wire 2 exiting the nozzle 7 enters the enclosure 12. At its upper end, the enclosure 12 is closed by a member for shutter 14 adjusted to the wall of this enclosure by a seal 15. This shutter 14 has a channel 16 coaxial with the opening 13 and constituting the outlet passage of the wire 2. The base of this enclosure 12 is connected by a conduit 17 and a valve 18 to a reservoir of a coolant (not shown). Another conduit 19 connects the upper part of this enclosure 12 to a suction source 20 which can be constituted by a simple vacuum pump with water flow or by a mechanical vacuum pump.
This enclosure 12 is surrounded by a hollow sleeve 21 which is connected by a conduit 22 to a supply of running water and by a conduit 23 to a water discharge. The enclosure 12 contains a deflector 24 which has a lower part 24a extending transversely to the wire 2, this part being pierced with an opening 24b intended to allow the wire 2 to pass.
The described cooling device is put into operation by first filling the enclosure 12 with liquid. For this purpose, the opening 13 is closed, the valve 18 is open, the end of the conduit 17 is placed in a container containing the coolant and the vacuum pump is put into action until the level of desired liquid is reached in the enclosure 12. The opening 13 is then opened and the valve 18 is closed. The vacuum pump is actuated to maintain the liquid in the enclosure 12, so that bubbles are sucked through the opening 13. In this example, the diameter of opening 13 is 8 mm for a wire 2 of 0.6 mm. The pump can be adjusted so that the flow of these bubbles is low and does not disturb the still liquid layer surrounding the wire.
In addition, the deflector 23 deflects the bubbles from the path of the wire 2, thus ensuring direct contact between the wire and the coolant and therefore regular cooling of the wire, which is not the case when bubbles follow the wire. through the liquid. In addition, the deflection of these bubbles avoids disturbing the layer covering the wire during its cooling. During the whole cooling process, water flows through the hollow sleeve 21 so as to dissipate the heat of the coolant from the enclosure 12.
Assuming an optimal heat transfer between the wire and the coolant of the enclosure 12, consisting of water, the quantity of heat evacuated from the wire, for a copper wire of 0.6 mm in diameter coated with Pb-Sn, cooled from 250 C to 50 C, is given by the formula:
P (watt) = 3.95 V (m / min)
By admitting an optimal thermal transfer between the water column of the enclosure 12 and the water circulating in the hollow sleeve 21, and by fixing the rise in temperature between the inlet and the outlet of the
hollow sleeve 21 to 30 C, we can evaluate the water flow required through this sleeve at:
D (1 / min) = I, 2 10-3 V (m / min)
The water flow required at the maximum production speed of 300 m / min would then be 0.54 I / min. The height of the enclosure water column was approximately 70 cm, corresponding to a volume of less than 1.5 liters.
Other tests have been successfully carried out to cool a brass wire covered with pure zinc.
In all cases, there has been an improvement in the surface quality of the coating as well as a very low level of noise from the cooling device.