WO2006040501A1 - Method and device for continuously producing glass-sheathed metal wires by supplying metal particles - Google Patents

Method and device for continuously producing glass-sheathed metal wires by supplying metal particles Download PDF

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WO2006040501A1
WO2006040501A1 PCT/FR2005/050846 FR2005050846W WO2006040501A1 WO 2006040501 A1 WO2006040501 A1 WO 2006040501A1 FR 2005050846 W FR2005050846 W FR 2005050846W WO 2006040501 A1 WO2006040501 A1 WO 2006040501A1
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WO
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metal
glass tube
tube
bath
molten metal
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/050846
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French (fr)
Inventor
Anne-Lise Adenot-Engelvin
Frédéric BERTIN
Vincent Herve
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025—Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/026—Drawing fibres reinforced with a metal wire or with other non-glass material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/005—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of wire

Definitions

  • the invention relates to the continuous and stable manufacture of glass-sheathed metal wires, and in particular when the two constituent materials of the wire are heated and melted to be stretched continuously in their final form.
  • a certain amount of metal is introduced beforehand into a glass tube 5 closed at its base.
  • the lower part of this glass tube 5 is placed in the vicinity of a high frequency inductor 24, which leads to the melting of the metal 4 placed in the glass tube.
  • the glass softens by thermal conduction.
  • the casting operation of the microfilament, consisting of the wire in its glass sheath 5, is initiated manually by means of a capillary.
  • the thread 1 thus initiated is then placed on a winding device 11, so as to be continuously stretched.
  • it is necessary to stabilize the various process parameters such as the temperature of the molten metal bath 4, the winding speed and the speed of advance of the glass tube obtained by means of 6.
  • the temperature of the molten metal bath 4 may be measured by a pyrometer 30.
  • the temperature is adjusted by means of a vacuum system 8 associated with the tube. 5.
  • this depression of the order of 300 Pa
  • the metal bath 4 is moved towards or away from the most intense heating zone of the inductor 24. and therefore its temperature decreases.
  • This parameter influences the geometrical characteristics in the following way: the higher the temperature of the molten metal, the smaller the metal diameter of the wire 1 obtained.
  • a winding system 11 containing three reel supports is associated with the drawing process. It is an automatic carousel system designed to make the change from one reel to another without causing the breaking of the thread.
  • the diameters of the metallic and total core of the wire 1 decrease when the winding speed increases.
  • the feed device 6 is set up for centering and vertical advance of the glass tube 5.
  • the feed rates are adjustable from 0.5 to 5 mm / min and are evolve the diameters of the metallic and total core of the wire 1 linearly.
  • Yarns whose total diameter may vary from 6 to 25 ⁇ m and more, with a metal core ranging from 2 to 18 ⁇ m, are commonly obtained by this forming process.
  • the method and the device of manufacture described in the French patent application 2,823,744 describes a device which is composed of two inductors 23 and 24 at high frequency, placed one above the other. the other, around the glass tube 20. One is placed in the lower part and allows the heating of the molten metal bath 14 and the other is placed in the upper part, around the glass tube 20 and allows the constant temperature maintenance of a metal reserve in the liquid state 12.
  • This reserve of liquid metal 12 is placed in a quartz tube 15 terminated by a nozzle 13, so as to continuously feed the molten metal bath 14.
  • the metal supply is carried out by placing the liquid metal reserve in contact with the molten metal bath 14.
  • a vacuum system 38 connected to the liquid metal reserve 14 it is thus possible to dispense the quantity of metal desired.
  • the vacuum control of the liquid metal in the liquid metal reservoir 12 is technically very difficult to control. Indeed, the pressure regulations of some Pascals, necessary for the determination, are very difficult to achieve because of the hot gas currents above the liquid metal reserve 12.
  • the use of the two inductors 23 and 24 poses coupling problems from one inductor to the other.
  • the deoxidation of the feed tube 15 causes pollution of the metal during a prolonged production period.
  • the object of the invention is therefore to overcome these disadvantages.
  • a first main object of the invention is a continuous and stable manufacturing process of a glass-clad wire consisting of:
  • the method consists, during the continuous manufacture of the wire, of supplying metal in a continuous and regular manner by means of a controlled distribution system of metal particles and via the tube intended for the supply of metal which is a guide tube for particles to the melt.
  • a second main object of the invention is a device for continuously manufacturing a glass-wrapped wire, by means of a glass tube closed at its base, and of determined diameter, comprising mainly: a tube for the supply of metal, placed in a glass tube containing a metal mass, of external diameter less than the internal diameter of the glass tube and not softening at the melting temperature of the metal to be melted, this tube having a lower end placed very close to the molten metal bath;
  • heating means for melting a metal mass placed in the glass tube and maintaining the molten metal bath formed by softening a lower portion of the glass tube;
  • the device comprises a controlled distribution system of metal particles for feeding the metal bath continuously and regularly during drawing, the tube for the metal supply is a guide tube of the particles towards the bath of molten metal.
  • - Water jets means for quenching the sheathed wire that has just been stretched
  • the controlled dispensing system is constituted by a rotating axis doser.
  • this controlled dispensing system is constituted by an automatic slitter of ribbons.
  • the regulated dispensing system is constituted by a worm feeder.
  • the regulated dispensing system is constituted by a vibrating metering device.
  • the regulated dispensing system is constituted by a notched band doser.
  • the method according to the invention is based on the yarn draw according to the method of TAYLOR-ULITOVSKY, with a feed of the molten metal bath by contribution of solid metal particles and whose individual mass represents less than 0.5% of the mass of molten metal.
  • the particle feed rate is a function of the metal consumption during the pulling of the wire. It must be adjustable, which allows a regulated particle distribution system associated with the manufacturing process.
  • the process according to the invention makes it possible to produce glass-sheathed metallic microfilamines for long periods of time under absolutely fixed and stable conditions in the glass. time, limiting the actions of the operator on the device implementing the method.
  • this method solves the problems encountered in those of the prior art. Indeed, the manufacture of the particles remains easy to achieve for a satisfactory cost. It is thus possible to accurately and regularly compensate the consumed metal, without disturbing the molten metal bath and thus modify the geometric properties of the son.
  • FIG. 3 to 8 show six embodiments of the device according to the invention and only the distribution system of the metal particles changes, the rest of the installation being the same for these six embodiments. Consequently, this common part will be described only once, with reference to FIG.
  • the internal diameter of the glass tube 20 is between 8 and 50 mm, with a wall thickness of 0.8 to 5 mm and a length of between 0.5 and 1 m.
  • the glass tube 20 In the glass tube 20 is placed an initial mass of metal, of the order of ten grams, depending on the dimensions of the glass tube 20. This metal is either a set of massive alloy pieces or composed of a certain amount of metal particles used for feeding. The glass tube 20 is then fixed in moving means 25 to lower it gradually.
  • the device is completed with an inductor 24 placed below the glass tube, centrally, so as to heat with maximum efficiency the molten metal bath 14 placed in the lower part of the glass tube 20.
  • a pyrometer 30 is also used at this level to control the temperature.
  • the device is completed by a water jet 34 which allows the quenching of the sheathed wire 10 thus manufactured, the latter being stored automatically on a winding device 11.
  • a guide tube 45 is used which has an outer diameter less than the internal diameter of the glass tube 20 and is placed inside thereof, this guide tube 45 not being intended to contain a reserve of liquid metal.
  • a gland seal 33 is thus used to center it in the upper part of the glass tube 20. This allows the glass tube 20 to slide relative to the guide tube 45.
  • the lower end of the guide tube 45 just ends Above the bath of molten metal 14.
  • the guide tube 45 has an upper part placed at the outlet of a rotational axis metering device 41 enclosed in a box 49 and fed by a hopper 42 in which there are metal particles.
  • the set constitutes the regulated distribution system, referenced 40. Metal particles are thus sent into the guide tube 45, descend into it to feed the molten metal bath 14.
  • the embodiment variant described in FIG. 4 concerns only the regulated distribution system, referenced 50 for it.
  • the latter comprises a motor 51 whose speed of the output shaft 53 is relatively slow.
  • This output shaft 53 rotates about a groove axis, a rotating axis device 54 placed below a hopper 52 containing the metal particles to be sent into the guide tube 45, the latter being completely straight.
  • the metal particles are advantageously beads with a diameter of about 1.5 mm, representing 15 mg of metal.
  • the groove axis drives the particles and it is thus possible to feed the metal bath 14 with 230 mg of metal per minute.
  • the third envisaged embodiment of the regulated dispensing system is shown in FIG. 5, under the reference 60. More specifically, it consists of an automatic ribbons cutter comprising a ribbon spool 61 from which is rolled a ribbon 62 which is inserted in an automatic ribbon cutting device 63, and which therefore makes it possible to provide flat particles of metal, for example at least 5 mm long, at a speed of less than 2 cuts per second, depending on the rate of consumption of desired metal. The cuts are very precise, reproducible and repeatable, to 100 ⁇ m.
  • FIG. 6 shows a fourth embodiment of the regulated distribution system, which is a worm doser 70. The latter comprises a speed-regulated motor 71, driving a worm 73 fed with metal particles by a hopper 72 and whose end terminates above a guide tube 45.
  • FIG. 7 represents a fifth embodiment of the controlled distribution system, in the form of a vibratory feeder 80. This also uses a speed-regulated motor 81, causing a gutter 83 to vibrate via a vibrating device 84. A hopper 82 supplies the gutter with metal particles. The end of the latter is above the guide tube 45.
  • the sixth and last described embodiment of the controlled distribution system is described in Figure 8 and uses a toothed belt device 90.
  • This uses a speed-regulated motor 91, resulting in an endless toothed belt 93.
  • This is fed by a hopper 92, each metal particle falling into a notch of the toothed belt 93 which constitutes for each of these particles a drive means.
  • This device is used to advance the particles at a low speed at a desired speed.
  • the metal particles used may have different geometric shapes, that is to say spherical, powder, ball, wire, ribbons, or whatever (shredded, flat, glitter). Their shape is directly related to the manufacturing method used and chosen according to the distribution system used downstream.
  • the mass of a contributed particle be between 0.5 and 30 mg for an initial mass of the molten metal bath of 6 grams, ie 0.01 at 0.5% of the initial mass of the molten metal present in the glass tube 20. If the mass of a contributed particle is too small, for example less than 0.5 mg, the transfer of material between the particles, at room temperature, and the molten metal bath is not carried out due to poor heat transfer.
  • the coupling of this particle is a function of the frequency of the inductor 24, the size and shape of the particle. For example, for an inductor frequency of the order of 400 kHz, a good coupling is obtained with the use of spherical particles larger than 0.5 mm in diameter. If the mass of a contributed particle is too large, for example greater than 30 mg, thermal disturbances will be observed in the bath of molten metal, for example temperature variations greater than 1O 0 C causing significant geometrical variations on the diameter of the wires, or liquid metal spurts due to the shocks of the particles on the bath of molten metal.
  • the production of the particles can be the same as that existing in the prior art.
  • one atomization by a jet of neutral gas or very low oxidizing under high pressure (powders) atomization by rotating electrode (powders), forging (beads), mechanical grinding, machining ( more specifically turning and milling to obtain chips), and the realization of ribbon by hypertrempe wheel.
  • the supply of metal particles it is a function of consumption during the production of the wire. It is therefore necessary to distribute the particles according to this consumption rate.
  • the latter can be characterized by regular intervals, between the contribution of one or more particles, ranging from 2 to 60 seconds. This contribution must be made taking into account the fact that the total mass of the particles introduced must never exceed the limit of 0.5% of the mass of the molten metal in the tube, in order to limit any thermal disturbance.
  • the importance of controlling the geometrical and mass parameters of the input particles with respect to the choice of the regulated distribution system used is emphasized.
  • the metal supply must therefore be controlled at best, in order to properly compensate for the consumption of metal during the drawing of the wire.
  • the choice will be made according to the mass and shape of the particles, the accuracy and reproducibility of the desired dosage and the cost of the dispensing device.
  • the guide tube 45 must have an inside diameter, slightly greater than the height of the particles provided. Then, it is necessary to adjust the distance between the lower end of the guide tube 45 and the metal bath by 14. This distance must be slightly smaller than the diameter of the particles brought. Indeed, if they do not arrive at the center of the molten metal, they can arrive in a side area of the glass tube 20, where the glass is in the viscous state and remain locked there. If one of these particles is present in this area, this can cause disturbances in the flow of the glass leading to breakage of the wire.
  • the guide tube 45 must thus withstand temperatures close to the molten metal bath. If the temperature of this molten metal bath is of the order of 1100 ° C. to 1300 ° C., quartz constitutes a good material to be used to constitute this guide tube 45.
  • a magnet 47 may be placed around the glass tube 20, a few centimeters above the inductor 24, if the metal particles made are magnetic. Indeed, such a magnet 47 makes it possible to slow down the fall of the particles and thus to prevent a spurt of the molten metal on the walls, also ensuring the good transfer of materials between the particles and the molten metal bath. If they are not magnetic, the shape and material of the guide tube 45 can be modified to slow the fall of the particles.
  • One embodiment provides, with the use of a rotating-axis device, as a regulated distribution system, the use of an alloy consisting of a cobalt, iron, nickel, molybdenum, boron ingot and silicon with a density of 7.5 g per cubic centimeter, known elsewhere. 6 g of this alloy are placed beforehand in the glass tube 20 which is borosilicate and consists of a Pyrex type material 7 740, 600 mm long and an internal diameter of 12.6 mm, the thickness the wall of the glass being 1.2 mm.
  • the inductor used may be of the monospire type, slightly curved, with a diameter of 50 mm external and internal diameter of 8 mm, powered by a frequency generator at 440 kHz.
  • the guide tube may have a length of 700 mm, a outer diameter of 4 mm and an internal diameter of 2 mm.
  • the temperature of the metal alloy is maintained at 1 200 0 C in the glass tube, while the speed of advance of the latter is 1.6 mm per minute and the winding speed is 9 m / s.
  • the wire is drawn under these conditions to a total diameter of 12 ⁇ m and a metal core of 8 ⁇ m.
  • the consumption of metal, during the drawing of the wire then has an average flow rate of 203 mg / min.
  • the particles used are spherical powders, of the same composition as that of the metal initially inserted into the glass tube and can be obtained by atomization with water.
  • the lower end of the guide tube is placed at a maximum distance of 1 mm from in a bath of molten metal.
  • the rotational speed of the feeder motor is set at 13.3 rpm to compensate for metal consumption of 203 mg / min. Every 4.5 seconds, a 15 mg metal particle falls to feed the molten metal bath for a period of time that the operator defines based on the desired number of miles of wire.
  • the temperature of the metal alloy is now maintained at 120 ° C. in the glass tube, the feed rate thereof is set at 1.8 mm / min and the winding speed at 5.5 m / min. s.
  • the yarn stretched under these experimental conditions therefore has different geometrical characteristics, ie a total diameter of 16 ⁇ m and a metal core of 6 ⁇ m.
  • the metal consumption during wire drawing is 70 mg / min.
  • the lower end of the guide tube is at a maximum distance of 0.5 mm from the bath molten metal.
  • the speed of rotation of the feeder motor is thus set at 14 rpm to compensate for the metal consumption of 70 mg / min. Every 4.2 seconds, a 5 mg metal particle falls to feed the molten metal bath.
  • spherical metal particles of 25 mg are now used. (An average diameter of 1.9 mm), the lower end of the guide tube is positioned at a maximum distance of 1.5 mm from the bath of molten metal.
  • the motor of the feeder is therefore set at a speed of rotation of 2.8 rpm to compensate for the metal consumption of 70 mg / min, ie the drop of a particle of 25 mg every 21 seconds.

Abstract

The inventive method for continuously and in a highly even manner producing a glass-sheathed metal wire is based on the TAYLOR-ULITOVSKY principle. The feeding of the melting baths (12) through a guiding tube (45) is carried out by means of a controllable distribution system (40) which makes it possible to introduce, in a highly event and accurate manner, metal particles at a rate related to a producible wire rate without interfering with the molten metal bath (14). The inventive system is advantageously complemented with a vacuum system (38), a polymer (30), a magnet (47), a system (25) for automatically advancing a glass tube (20), a winding system (11) and a water jet (34). Said invention is suitable for producing metal wires, in particular ferromagnetic glass-sheathed metal wires.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION EN CONTINU CONTINUOUS MANUFACTURING METHOD AND DEVICE
DE FILS METALLIQUES GAINES DE VERRE PAR ALIMENTATION DE PARTICULES METALLIQUESOF METALLIC WIRES GLASS TUBES BY FEEDING METALLIC PARTICLES
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Domaine de l' inventionField of the invention
L'invention concerne la fabrication en continu et stable de fils métalliques gainés de verre, et en particulier lorsque les deux matériaux constitutifs du fil sont chauffés et fondus pour être étirés en continu dans leur forme définitive.The invention relates to the continuous and stable manufacture of glass-sheathed metal wires, and in particular when the two constituent materials of the wire are heated and melted to be stretched continuously in their final form.
Art antérieur et problème poséPrior art and problem
Tous les procédés de l'art antérieur, pour fabriquer des fils métalliques gainés de verre, se fondent sur un procédé élaboré et décrit, la première fois, par TAYLOR-ULITOVSKY en 1924. Il consiste dans le principe suivant .All the processes of the prior art, for manufacturing glass-sheathed wires, are based on a process developed and described, for the first time, by TAYLOR-ULITOVSKY in 1924. It consists in the following principle.
En référence à la figure 1, on introduit, au préalable, une certaine quantité de métal dans un tube de verre 5 fermé à sa base. La partie inférieure de ce tube en verre 5 est placée au voisinage d'un inducteur à haute fréquence 24, ce qui conduit à la fusion du métal 4 placé dans le tube de verre. Le verre se ramollit par conduction thermique. L'opération de coulée du microfilament, constitué du fil métallique dans sa gaine de verre 5, est amorcée manuellement à l'aide d'un capillaire. Le fil 1 ainsi initié est ensuite placé sur un dispositif d'enroulement 11, de façon à être étiré continûment. Pour définir et obtenir les propriétés du fil 1, il faut stabiliser les différents paramètres du procédé tels que la température du bain de métal en fusion 4, la vitesse de bobinage et la vitesse d'avance du tube en verre 5 obtenu au moyen d'un dispositif d'avance 6. Lors de l'étirage du fil, la température du bain de métal en fusion 4 peut être mesurée par un pyromètre 30. Le réglage de cette température s'effectue par un système de dépression 8 associé au tube en verre 5. Lorsque l'on modifie cette dépression (de l'ordre de 300 Pa) à l'intérieur du tube de verre 5, le bain métallique 4 est rapproché ou éloigné de la zone de chauffage la plus intense de l'inducteur 24 et par conséquent sa température diminue. Ce paramètre influe sur les caractéristiques géométriques de la manière suivante : plus la température du métal en fusion est élevée, plus le diamètre métallique du fil 1 obtenu est réduit. Un système de bobinage 11 contenant trois supports de bobines est associé au procédé de tirage. Il s'agit d'un système de carrousel automatique prévu pour effectuer le changement d'une bobine à une autre sans engendrer la rupture du fil. On peut fixer des vitesses de bobinage variant de 0,3 à 40 m/s, influençant directement les propriétés géométriques du fil 1. Les diamètres du coeur métallique et total du fil 1 diminuent lorsque la vitesse de bobinage augmente. Le dispositif d'avance 6 est mis en place pour le centrage et l'avance verticale du tube en verre 5. Les vitesses d'avance sont réglables de 0,5 à 5 mm/min et font évoluer les diamètres du coeur métallique et total du fil 1 de façon linéaire. Des fils, dont le diamètre total peut varier de 6 à 25 μm et plus, avec un cœur métallique pouvant aller de 2 à 18 μm, sont couramment obtenus par ce procédé de mise en forme.With reference to FIG. 1, a certain amount of metal is introduced beforehand into a glass tube 5 closed at its base. The lower part of this glass tube 5 is placed in the vicinity of a high frequency inductor 24, which leads to the melting of the metal 4 placed in the glass tube. The glass softens by thermal conduction. The casting operation of the microfilament, consisting of the wire in its glass sheath 5, is initiated manually by means of a capillary. The thread 1 thus initiated is then placed on a winding device 11, so as to be continuously stretched. To define and obtain the properties of the wire 1, it is necessary to stabilize the various process parameters such as the temperature of the molten metal bath 4, the winding speed and the speed of advance of the glass tube obtained by means of 6. During the stretching of the wire, the temperature of the molten metal bath 4 may be measured by a pyrometer 30. The temperature is adjusted by means of a vacuum system 8 associated with the tube. 5. When this depression (of the order of 300 Pa) is modified inside the glass tube 5, the metal bath 4 is moved towards or away from the most intense heating zone of the inductor 24. and therefore its temperature decreases. This parameter influences the geometrical characteristics in the following way: the higher the temperature of the molten metal, the smaller the metal diameter of the wire 1 obtained. A winding system 11 containing three reel supports is associated with the drawing process. It is an automatic carousel system designed to make the change from one reel to another without causing the breaking of the thread. It is possible to set winding speeds ranging from 0.3 to 40 m / s, directly influencing the geometric properties of the wire 1. The diameters of the metallic and total core of the wire 1 decrease when the winding speed increases. The feed device 6 is set up for centering and vertical advance of the glass tube 5. The feed rates are adjustable from 0.5 to 5 mm / min and are evolve the diameters of the metallic and total core of the wire 1 linearly. Yarns, whose total diameter may vary from 6 to 25 μm and more, with a metal core ranging from 2 to 18 μm, are commonly obtained by this forming process.
Plusieurs voies ont été développées pour assurer un tirage ininterrompu du fil, pendant une période prolongée. On cite ainsi le document de brevet français FR-I 361 929, consistant à utiliser une baguette métallique servant à l'apport de métal dans le tube et reliée à un mécanisme d'avance vertical. Un procédé dérivé a été imaginé et est décrit dans le brevet russe SU 0 888 075. Celui-ci utilise deux inducteurs en haute fréquence permettant d'alimenter le bain de fusion par une goutte de métal.Several ways have been developed to ensure uninterrupted pulling of the wire for a prolonged period. The French patent document FR-I 361 929 is thus cited, consisting in using a metal rod serving to supply metal into the tube and connected to a vertical feed mechanism. A derived process has been devised and is described in Russian patent SU 0 888 075. It uses two high frequency inductors to feed the melt with a drop of metal.
Enfin, en référence à la figure 2, le procédé et le dispositif de fabrication décrits dans la demande de brevet français 2 823 744 décrit un dispositif qui est composé de deux inducteurs 23 et 24 à haute fréquence, placés l'un au-dessus de l'autre, autour du tube de verre 20. L'un est placé dans la partie inférieure et permet le chauffage du bain de métal en fusion 14 et l'autre est placé dans la partie supérieure, autour du tube de verre 20 et permet le maintien constant en température d'une réserve de métal à l'état liquide 12. Cette réserve de métal liquide 12 est placée dans un tube en quartz 15 terminé par une buse 13, de manière à alimenter en continu le bain de métal en fusion 14. Ainsi, l'alimentation en métal s'effectue en plaçant la réserve de métal liquide en contact avec le bain de métal en fusion 14. En agissant sur un système de dépression 38 lié à la réserve de métal liquide 14, on peut ainsi faire écouler la quantité de métal recherchée.Finally, with reference to FIG. 2, the method and the device of manufacture described in the French patent application 2,823,744 describes a device which is composed of two inductors 23 and 24 at high frequency, placed one above the other. the other, around the glass tube 20. One is placed in the lower part and allows the heating of the molten metal bath 14 and the other is placed in the upper part, around the glass tube 20 and allows the constant temperature maintenance of a metal reserve in the liquid state 12. This reserve of liquid metal 12 is placed in a quartz tube 15 terminated by a nozzle 13, so as to continuously feed the molten metal bath 14. Thus, the metal supply is carried out by placing the liquid metal reserve in contact with the molten metal bath 14. By acting on a vacuum system 38 connected to the liquid metal reserve 14, it is thus possible to dispense the quantity of metal desired.
Ce procédé présente, toutefois, des difficultés techniques de réalisation. En effet, l'utilisation d'un chauffage par induction pour la réserve de métal liquide 12 provoque une abrasion des parois du tube d'alimentation 15 par les courants de matière, c'est-à-dire le brassage électromagnétique, créé dans le bain de métal en fusion. Les particules de quartz arrachées aux parois du métal d'alimentation 15 se retrouvent donc au niveau de la buse 13 qu'elles obstruent, rendant impossible le contrôle de la descente du métal de la réserve métallique en fusion.This method has, however, technical difficulties of implementation. Indeed, the use of induction heating for the liquid metal reserve 12 causes abrasion of the walls of the feed tube 15 by the material streams, that is to say the electromagnetic stirring, created in the bath of molten metal. The quartz particles torn from the walls of the feed metal 15 are therefore found at the nozzle 13 they obstruct, making it impossible to control the descent of the metal from the molten metal reserve.
De plus, le contrôle par dépression du métal liquide dans la réserve de métal liquide 12 est techniquement très difficile à maîtriser. En effet, les régulations de pression de quelques Pascals, nécessaires pour le dosage, sont très délicates à réaliser en raison des courants de gaz chauds au-dessus de la réserve de métal liquide 12. De plus, l'utilisation des deux inducteurs 23 et 24 pose des problèmes de couplage d'un inducteur sur l'autre. Enfin, la désoxydation du tube d'alimentation 15 provoque une pollution du métal, lors d'une durée de production prolongée.In addition, the vacuum control of the liquid metal in the liquid metal reservoir 12 is technically very difficult to control. Indeed, the pressure regulations of some Pascals, necessary for the determination, are very difficult to achieve because of the hot gas currents above the liquid metal reserve 12. In addition, the use of the two inductors 23 and 24 poses coupling problems from one inductor to the other. Finally, the deoxidation of the feed tube 15 causes pollution of the metal during a prolonged production period.
Tous ces procédés d'alimentation en continu présentent des inconvénients, en ce sens, qu'ils peuvent provoquer des effets préjudiciables sur le processus de tirage du fil gainé. Les risques majeurs à éviter sont : - un apport de métal incontrôlé et non reproductible, entraînant des perturbations dans le bain de métal en fusion et donc des variations importantes sur la géométrie des fils ;All of these continuous feed processes have disadvantages in that they can cause detrimental effects on the pulling process of the sheathed wire. The major risks to avoid are: an uncontrolled and non-reproducible supply of metal, causing disturbances in the molten metal bath and therefore significant variations in the geometry of the wires;
- des jaillissements de métal, lors de l'apport de métal ;- spurts of metal, during the supply of metal;
- la pollution de l'alliage sur le long terme ; et- the long-term pollution of the alloy; and
- la rupture du fil, ce qui oblige la réinitialisation du processus.- breaking the wire, which forces the process to be reset.
Le but de l'invention est donc de remédier à ces inconvénients.The object of the invention is therefore to overcome these disadvantages.
Il existe, dans l'art antérieur, différentes techniques permettant d'obtenir des particules de métal susceptibles d'être utilisées dans des dispositifs de l'art antérieur. Il s'agit de 1 ' atomisation par un jet de gaz neutre ou très peu oxydant sous haute pression, de 1 ' atomisation par électrode tournante, du forgeage, du broyage mécanique, de l'usinage (plus précisément du tournage et du fraisage) , et la réalisation de ruban par hypertrempe sur roue.There are, in the prior art, various techniques for obtaining metal particles that can be used in devices of the prior art. It is the atomization by a jet of neutral gas or very low oxidizing under high pressure, atomization by rotating electrode, forging, mechanical grinding, machining (more specifically turning and milling). , and the realization of ribbon by hypertrempe on wheel.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un procédé de fabrication en continu et stable d'un fil métallique, gainé de verre, consistant à :For this purpose, a first main object of the invention is a continuous and stable manufacturing process of a glass-clad wire consisting of:
- introduire du métal dans un tube de verre à l'intérieur duquel est placé un tube destiné à l'apport de métal, fixe par rapport au tube de verre mobile, de diamètre externe inférieur au diamètre interne du tube de verre, totalement inerte vis-à-vis d'un bain de métal en fusion, ne se ramollissant pas à la température de travail du métal, et destiné à recevoir le métal nécessaire à la fabrication du fil métallique gainé de verre, son extrémité se trouvant à une petite distance déterminée du bain de métal en fusion ;- introducing metal into a glass tube inside which is placed a tube for the supply of metal, fixed with respect to the movable glass tube, external diameter less than the internal diameter of the glass tube, totally inert with respect to a bath of molten metal, not softening at the working temperature of the metal, and intended to receive the metal necessary for the manufacture of the glass wrapped wire, its end being at a small distance from the molten metal bath;
- chauffer le métal jusqu'à sa fusion à l'intérieur du tube de verre, dans sa partie inférieure, dans le but de créer un bain de métal fondu, le ramollir et l'alimenter en continu, de façon à ce que ces dimensions restent sensiblement constante pendant l'étirage du fil ;- Heat the metal until it melts inside the glass tube, in its lower part, in order to create a bath of molten metal, soften it and feed it continuously, so that these dimensions remain substantially constant during drawing of the wire;
- étirer de façon continue l'assemblage constitué du métal fondu entouré de verre issu de la partie inférieure du tube de verre, tout en faisant descendre petit à petit le tube de verre, au fur et à mesure qu'il est consommé par l'étirage du fil gainé obtenu.continuously stretching the assembly consisting of the molten metal surrounded by glass coming from the lower part of the glass tube, while gradually lowering the glass tube, as it is consumed by the stretching of the sheathed wire obtained.
Selon l'invention, le procédé consiste, pendant la fabrication en continu du fil, à alimenter en métal de façon continue et régulière au moyen d'un système de distribution régulée de particules de métal et par l'intermédiaire du tube destiné à l'apport de métal qui est un tube de guidage pour les particules vers le bain de fusion.According to the invention, the method consists, during the continuous manufacture of the wire, of supplying metal in a continuous and regular manner by means of a controlled distribution system of metal particles and via the tube intended for the supply of metal which is a guide tube for particles to the melt.
Un deuxième objet principal de l'invention est un dispositif de fabrication en continu d'un fil métallique gainé de verre, au moyen d'un tube de verre fermé à sa base, et de diamètre déterminé, comportant principalement : - un tube destiné à l'apport de métal, placé dans un tube de verre contenant une masse métallique, de diamètre externe inférieure au diamètre interne du tube de verre et ne se ramollissant pas à la température de fusion du métal à fondre, ce tube possédant une extrémité inférieure placée très près du bain de métal en fusion ;A second main object of the invention is a device for continuously manufacturing a glass-wrapped wire, by means of a glass tube closed at its base, and of determined diameter, comprising mainly: a tube for the supply of metal, placed in a glass tube containing a metal mass, of external diameter less than the internal diameter of the glass tube and not softening at the melting temperature of the metal to be melted, this tube having a lower end placed very close to the molten metal bath;
- des moyens de chauffage pour fondre une masse métallique placée dans le tube de verre et maintenir le bain de métal en fusion formé en ramollissant une partie inférieure du tube de verre ;heating means for melting a metal mass placed in the glass tube and maintaining the molten metal bath formed by softening a lower portion of the glass tube;
- des moyens de mise en déplacement du tube de verre pour le faire descendre progressivement, au fur et à mesure qu'il est consommé par l'étirage du fil.- Means for moving the glass tube to lower it gradually, as it is consumed by drawing the wire.
Selon l'invention, le dispositif comprend un système de distribution régulée de particules de métal pour alimenter le bain métallique de façon continue et régulière en cours de tirage, le tube destiné à l'apport de métal est un tube de guidage des particules vers le bain de métal en fusion.According to the invention, the device comprises a controlled distribution system of metal particles for feeding the metal bath continuously and regularly during drawing, the tube for the metal supply is a guide tube of the particles towards the bath of molten metal.
Pour compléter un tel dispositif, on utilise :To complete such a device, we use:
- des moyens de jets d'eau pour effectuer la trempe du fil métallique gainé qui vient d'être étiré ;- Water jets means for quenching the sheathed wire that has just been stretched;
- un système de bobinage du fil fabriqué ;- a winding system of the manufactured wire;
- des moyens de dépression pour réguler l'écoulement du métal ; etvacuum means for regulating the flow of the metal; and
- des moyens de contrôle de la température par un pyromètre. Dans une première réalisation préférentielle de l'invention, le système de distribution régulée est constituée par un doseur à axe tournant.- Means for controlling the temperature by a pyrometer. In a first preferred embodiment of the invention, the controlled dispensing system is constituted by a rotating axis doser.
Dans une deuxième réalisation, ce système de distribution régulée est constituée par une découpeuse automatique de rubans.In a second embodiment, this controlled dispensing system is constituted by an automatic slitter of ribbons.
Dans une troisième réalisation du dispositif, le système de distribution régulée est constitué par un doseur à vis sans fin.In a third embodiment of the device, the regulated dispensing system is constituted by a worm feeder.
Dans une quatrième réalisation, le système de distribution régulée est constitué par un doseur vibrant .In a fourth embodiment, the regulated dispensing system is constituted by a vibrating metering device.
Enfin, dans une cinquième réalisation, le système de distribution régulée est constitué par un doseur à bande crantée.Finally, in a fifth embodiment, the regulated dispensing system is constituted by a notched band doser.
Liste des figuresList of Figures
L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de plusieurs figures représentant respectivement :The invention and its various technical features will be better understood on reading the following description, accompanied by several figures respectively representing:
- figure 1, déjà décrite, en coupe un dispositif de la fabrication en continu de fil métallique gainé selon le principe de TAYLOR-ULITOVSKY ;- Figure 1, already described, in section a device for the continuous manufacture of wire wrapped according to the principle of TAYLOR-ULITOVSKY;
- figure 2, déjà décrite, en coupe, un dispositif de fabrication en continu de fil métallique, selon 1 ' art antérieur ; - figure 3, en coupe, une première réalisation du dispositif de fabrication en continu de fil métallique selon l'invention ;- Figure 2, already described in section, a device for continuous manufacture of wire, according to the prior art; - Figure 3, in section, a first embodiment of the device for continuously manufacturing wire according to the invention;
- figure 4, en coupe, une deuxième réalisation du dispositif selon l'invention ;- Figure 4, in section, a second embodiment of the device according to the invention;
- figure 5, une troisième réalisation du dispositif selon l'invention ;- Figure 5, a third embodiment of the device according to the invention;
- figure 6, une quatrième réalisation du dispositif selon l'invention ;- Figure 6, a fourth embodiment of the device according to the invention;
- figure 7, une cinquième réalisation du dispositif selon l'invention ; et- Figure 7, a fifth embodiment of the device according to the invention; and
- figure 8, une sixième réalisation du dispositif selon l'invention.- Figure 8, a sixth embodiment of the device according to the invention.
Description détaillée de trois réalisations de l'inventionDetailed description of three embodiments of the invention
Le procédé selon l'invention est basé sur le tirage de fil selon le procédé de TAYLOR-ULITOVSKY, avec une alimentation du bain de métal en fusion par apport de particules de métal solide et dont la masse individuelle représente moins de 0,5 % de la masse de métal en fusion. Le débit d'alimentation en particules est fonction de la consommation de métal, lors du tirage du fil. Il doit être ajustable, ce que permet un système de distribution régulé de particules associé au procédé de fabrication. Le procédé selon l'invention permet de produire des microfilamments métalliques gainés de verre, durant des durées importantes, dans des conditions absolument fixées et stables dans le temps, limitant les actions de l'opérateur sur le dispositif mettant en oeuvre le procédé.The method according to the invention is based on the yarn draw according to the method of TAYLOR-ULITOVSKY, with a feed of the molten metal bath by contribution of solid metal particles and whose individual mass represents less than 0.5% of the mass of molten metal. The particle feed rate is a function of the metal consumption during the pulling of the wire. It must be adjustable, which allows a regulated particle distribution system associated with the manufacturing process. The process according to the invention makes it possible to produce glass-sheathed metallic microfilamines for long periods of time under absolutely fixed and stable conditions in the glass. time, limiting the actions of the operator on the device implementing the method.
De plus, ce procédé résout les problèmes rencontrés dans ceux de l'art antérieur. En effet, la fabrication des particules reste facile à réaliser pour un coût satisfaisant. Il est ainsi possible de compenser de façon précise et régulière le métal consommé, sans perturber le bain de métal en fusion et ainsi modifier les propriétés géométriques des fils.In addition, this method solves the problems encountered in those of the prior art. Indeed, the manufacture of the particles remains easy to achieve for a satisfactory cost. It is thus possible to accurately and regularly compensate the consumed metal, without disturbing the molten metal bath and thus modify the geometric properties of the son.
Les figures 3 à 8 représentent six réalisations du dispositif selon l'invention et seul le système de distribution des particules de métal change, le reste de l'installation étant le même pour ces six réalisations. En conséquence, cette partie commune ne sera décrite qu'une seule fois, en référence à la figure 3.Figures 3 to 8 show six embodiments of the device according to the invention and only the distribution system of the metal particles changes, the rest of the installation being the same for these six embodiments. Consequently, this common part will be described only once, with reference to FIG.
En effet, on utilise un tube de verre 20, fermé dans sa partie inférieure et ayant deux extrémités ouvertes 28 et 29 dans sa partie supérieure. La première extrémité ouverte 28 est raccordée au système de dépression 38, tandis que la deuxième 29, constituant l'extrémité supérieure verticale du tube de verre 20 sert à alimenter en particules le bain de métal en fusion 14. Le diamètre interne du tube en verre 20 est compris entre 8 et 50 mm, avec une épaisseur de paroi de 0,8 à 5 mm et une longueur comprise entre 0,5 et 1 m.Indeed, using a glass tube 20, closed in its lower part and having two open ends 28 and 29 in its upper part. The first open end 28 is connected to the vacuum system 38, while the second 29, constituting the vertical upper end of the glass tube 20 serves to supply particles to the molten metal bath 14. The internal diameter of the glass tube 20 is between 8 and 50 mm, with a wall thickness of 0.8 to 5 mm and a length of between 0.5 and 1 m.
Dans le tube de verre 20, on place une masse initiale de métal, de l'ordre d'une dizaine de grammes, suivant les dimensions du tube en verre 20. Ce métal est soit un ensemble de morceaux d'alliage massif, soit composé d'une certaine quantité de particules métalliques utilisées pour l'alimentation. Le tube en verre 20 est ensuite fixé dans des moyens de mise en déplacement 25 pour faire descendre celui-ci progressivement .In the glass tube 20 is placed an initial mass of metal, of the order of ten grams, depending on the dimensions of the glass tube 20. This metal is either a set of massive alloy pieces or composed of a certain amount of metal particles used for feeding. The glass tube 20 is then fixed in moving means 25 to lower it gradually.
Le dispositif se complète d'un inducteur 24 placé en dessous du tube de verre, de façon centrée, de manière à pouvoir chauffer avec un rendement maximal le bain de métal en fusion 14 placé dans la partie inférieure du tube de verre 20. Un pyromètre 30 est également utilisé à ce niveau pour contrôler la température. Le dispositif se complète par un jet d'eau 34 qui permet la trempe du fil métallique gainé 10 ainsi fabriqué, celui-ci étant stocké automatiquement sur un dispositif d'enroulement 11.The device is completed with an inductor 24 placed below the glass tube, centrally, so as to heat with maximum efficiency the molten metal bath 14 placed in the lower part of the glass tube 20. A pyrometer 30 is also used at this level to control the temperature. The device is completed by a water jet 34 which allows the quenching of the sheathed wire 10 thus manufactured, the latter being stored automatically on a winding device 11.
Selon l'invention, on utilise un tube de guidage 45 qui possède un diamètre externe inférieur au diamètre interne du tube de verre 20 et est placé à l'intérieur de celui-ci, ce tube de guidage 45 n'étant pas destiné à contenir une réserve de métal liquide. Un joint à presse étoupe 33 est ainsi utilisé pour le centrer dans la partie supérieure du tube de verre 20. Cela permet au tube de verre 20 de glisser par rapport au tube de guidage 45. L'extrémité inférieure du tube de guidage 45 aboutit juste au-dessus du bain de métal en fusion 14. Selon l'invention, le tube de guidage 45 possède une partie supérieure placée à la sortie d'un doseur à axe tournant 41 enfermé dans un caisson 49 et alimenté par une trémie 42 dans laquelle se trouvent des particules de métal. L'ensemble constitue le système de distribution régulée, référencée 40. Des particules de métal sont ainsi envoyées dans le tube de guidage 45, descendent dans celui-ci pour alimenter le bain de métal en fusion 14.According to the invention, a guide tube 45 is used which has an outer diameter less than the internal diameter of the glass tube 20 and is placed inside thereof, this guide tube 45 not being intended to contain a reserve of liquid metal. A gland seal 33 is thus used to center it in the upper part of the glass tube 20. This allows the glass tube 20 to slide relative to the guide tube 45. The lower end of the guide tube 45 just ends Above the bath of molten metal 14. According to the invention, the guide tube 45 has an upper part placed at the outlet of a rotational axis metering device 41 enclosed in a box 49 and fed by a hopper 42 in which there are metal particles. The set constitutes the regulated distribution system, referenced 40. Metal particles are thus sent into the guide tube 45, descend into it to feed the molten metal bath 14.
La variante de réalisation décrite à la figure 4 ne concerne que le système de distribution régulée, référencé 50 pour celle-ci. Ce dernier comprend un moteur 51 dont la vitesse de l'arbre de sortie 53 est relativement lente. Cet arbre de sortie 53 entraîne en rotation, autour d'un axe rainure, un dispositif à axe tournant 54 placé en dessous d'une trémie 52 contenant les particules de métal à envoyer dans le tube de guidage 45, ce dernier étant complètement droit. Dans ce cas, à titre d'exemple, les particules de métal sont avantageusement des billes d'un diamètre égal à environ 1,5 mm, représentant 15 mg de métal. En faisant tourner le moteur 51 à la vitesse de 15,3 tours par minute, l'axe rainure entraîne les particules et il est ainsi possible d'alimenter le bain de métal 14 avec 230 mg de métal par minute.The embodiment variant described in FIG. 4 concerns only the regulated distribution system, referenced 50 for it. The latter comprises a motor 51 whose speed of the output shaft 53 is relatively slow. This output shaft 53 rotates about a groove axis, a rotating axis device 54 placed below a hopper 52 containing the metal particles to be sent into the guide tube 45, the latter being completely straight. In this case, for example, the metal particles are advantageously beads with a diameter of about 1.5 mm, representing 15 mg of metal. By rotating the motor 51 at a speed of 15.3 revolutions per minute, the groove axis drives the particles and it is thus possible to feed the metal bath 14 with 230 mg of metal per minute.
La troisième réalisation envisagée du système de distribution régulée est représentée à la figure 5, sous la référence 60. Plus précisément, celui-ci est constitué d'une découpeuse automatique de rubans comprenant une bobine de ruban 61 de laquelle est déroulé un ruban 62 qui est inséré dans un dispositif de découpe automatique de ruban 63, et qui permet donc de fournir des particules plates de métal, par exemple de longueur de 5 mm minimum, à une vitesse inférieure à 2 découpes par seconde, en fonction du débit de consommation de métal désiré. Les découpes sont très précises, reproductibles et répétables, à 100 μm près. La figure 6 représente une quatrième réalisation du système de distribution régulée, qui est un doseur à vis sans fin 70. Ce dernier comprend un moteur régulé en vitesse 71, entraînant une vis sans fin 73 alimentée en particules métalliques par une trémie 72 et dont l'extrémité aboutit au-dessus d'un tube de guidage 45.The third envisaged embodiment of the regulated dispensing system is shown in FIG. 5, under the reference 60. More specifically, it consists of an automatic ribbons cutter comprising a ribbon spool 61 from which is rolled a ribbon 62 which is inserted in an automatic ribbon cutting device 63, and which therefore makes it possible to provide flat particles of metal, for example at least 5 mm long, at a speed of less than 2 cuts per second, depending on the rate of consumption of desired metal. The cuts are very precise, reproducible and repeatable, to 100 μm. FIG. 6 shows a fourth embodiment of the regulated distribution system, which is a worm doser 70. The latter comprises a speed-regulated motor 71, driving a worm 73 fed with metal particles by a hopper 72 and whose end terminates above a guide tube 45.
La figure 7 représente une cinquième réalisation du système de distribution régulée, sous la forme d'un doseur vibrant 80. Celui-ci utilise également un moteur régulé en vitesse 81, entraînant en vibrations une gouttière 83 par l'intermédiaire d'un dispositif vibrant 84. Une trémie 82 alimente en particules métalliques la gouttière. L'extrémité de cette dernière se trouve au-dessus du tube de guidage 45.FIG. 7 represents a fifth embodiment of the controlled distribution system, in the form of a vibratory feeder 80. This also uses a speed-regulated motor 81, causing a gutter 83 to vibrate via a vibrating device 84. A hopper 82 supplies the gutter with metal particles. The end of the latter is above the guide tube 45.
La sixième et dernière réalisation décrite du système de distribution régulée est décrite à la figure 8 et met en oeuvre un dispositif à courroie crantée 90. Celui-ci utilise un moteur régulé en vitesse 91, entraînant une courroie crantée 93 sans fin. Celle-ci est alimentée par une trémie 92, chaque particule métallique tombant dans un cran de la courroie crantée 93 qui constitue pour chacune de ces particules un moyen d'entraînement. Ce dispositif est utilisable pour faire avancer à faible vitesse les particules à un débit recherché.The sixth and last described embodiment of the controlled distribution system is described in Figure 8 and uses a toothed belt device 90. This uses a speed-regulated motor 91, resulting in an endless toothed belt 93. This is fed by a hopper 92, each metal particle falling into a notch of the toothed belt 93 which constitutes for each of these particles a drive means. This device is used to advance the particles at a low speed at a desired speed.
Dans le procédé mis en oeuvre dans les dispositifs décrits, les particules de métal utilisées peuvent avoir différentes formes géométriques, c'est-à-dire sphériques, poudre, bille, filaires, rubans, ou quelconque (broyats, plates, paillettes) . Leur forme est directement liée au mode de fabrication utilisé et choisi en fonction du système de distribution utilisé en aval. Afin que le procédé en continu fonctionne dans de bonnes conditions, il est préférable que la masse d'une particule apportée soit comprise entre 0,5 et 30 mg pour une masse initiale du bain de métal en fusion de 6 grammes, soit 0,01 à 0,5 % de la masse initiale du métal en fusion présente dans le tube de verre 20. Si la masse d'une particule apportée est trop faible, par exemple inférieure à 0,5 mg, le transfert de matière entre les particules, à température ambiante, et le bain de métal en fusion ne s'effectue pas, en raison d'un mauvais transfert thermique. Cela est dû principalement au couplage insuffisant de la particule avec le champ électromagnétique créé par l'inducteur 24. Le couplage de cette particule est fonction de la fréquence de l'inducteur 24, de la dimension et de la forme de la particule. Par exemple, pour une fréquence d'inducteur de l'ordre de 400 kHz, un bon couplage est obtenu avec l'utilisation de particules sphériques de dimensions supérieures à 0,5 mm de diamètre. Si la masse d'une particule apportée est trop importante, par exemple supérieure à 30 mg, on observera des perturbations thermiques dans le bain de métal en fusion, par exemple des variations de température supérieure à 1O0C entraînant des variations géométriques importantes sur le diamètre des fils, ou des jaillissements de métal liquide dus aux chocs des particules sur le bain de métal en fusion. Concernant la composition des particules, on note que, pour éviter l'arrêt intempestif du procédé de fabrication du fil, il est important de définir un taux d'oxygène à respecter pour qu'il n'y ait pas d'oxydation des particules de métal dans le bain de métal en fusion. A cet effet, on peut proposer, pour un alliage de cobalt, de fer, de silicium et de bore, un taux limite d'oxygène de 500 parties par million (ppm) , à ne pas dépasser et à respecter, lors de la réalisation des particules.In the process implemented in the devices described, the metal particles used may have different geometric shapes, that is to say spherical, powder, ball, wire, ribbons, or whatever (shredded, flat, glitter). Their shape is directly related to the manufacturing method used and chosen according to the distribution system used downstream. In order for the continuous process to work in good conditions, it is preferable that the mass of a contributed particle be between 0.5 and 30 mg for an initial mass of the molten metal bath of 6 grams, ie 0.01 at 0.5% of the initial mass of the molten metal present in the glass tube 20. If the mass of a contributed particle is too small, for example less than 0.5 mg, the transfer of material between the particles, at room temperature, and the molten metal bath is not carried out due to poor heat transfer. This is mainly due to the insufficient coupling of the particle with the electromagnetic field created by the inductor 24. The coupling of this particle is a function of the frequency of the inductor 24, the size and shape of the particle. For example, for an inductor frequency of the order of 400 kHz, a good coupling is obtained with the use of spherical particles larger than 0.5 mm in diameter. If the mass of a contributed particle is too large, for example greater than 30 mg, thermal disturbances will be observed in the bath of molten metal, for example temperature variations greater than 1O 0 C causing significant geometrical variations on the diameter of the wires, or liquid metal spurts due to the shocks of the particles on the bath of molten metal. Concerning the composition of the particles, it is noted that, in order to avoid the inadvertent stoppage of the yarn manufacturing process, it is important to define an oxygen content to be respected so that there is no oxidation of the particles of the metal in the bath of molten metal. For this purpose, it is possible to propose, for an alloy of cobalt, iron, silicon and boron, an oxygen limit of 500 parts per million (ppm), not to be exceeded and to be respected, during production. particles.
On note que, pour des raisons pratiques, il peut être intéressant d'utiliser des particules de métal de compositions différentes pour former la composition finale du bain de métal en fusion, donc du fil fabriqué. Il est alors possible, soit d'utiliser en parallèle deux systèmes de distribution régulée, synchronisés, avec des compositions différentes respectives, soit d'utiliser un seul système, mais en respectant en masses égales les particules des deux sortes .It is noted that, for practical reasons, it may be advantageous to use metal particles of different compositions to form the final composition of the bath of molten metal, and thus of the wire manufactured. It is then possible either to use two synchronized regulated distribution systems in parallel, with respective different compositions, or to use a single system, but respecting in equal masses the particles of the two kinds.
Dans le procédé de fabrication selon l'invention, la réalisation des particules peut être la même que celle existant dans l'art antérieur. On cite, par exemple, 1 ' atomisation par un jet de gaz neutre ou très peu oxydant sous haute pression (poudres) , 1 ' atomisation par électrode tournante (poudres), le forgeage (billes), le broyage mécanique, l'usinage (plus précisément du tournage et du fraisage pour obtenir des copeaux) , et la réalisation de ruban par hypertrempe sur roue. Concernant l'alimentation en particules de métal, celle-ci est fonction de la consommation, lors de la production du fil. Il faut donc distribuer les particules en fonction de ce débit de consommation. Ce dernier peut être caractérisé par des intervalles réguliers, entre l'apport d'une ou de plusieurs particules, allant de 2 à 60 secondes. Cet apport doit être effectué en prenant en compte le fait que la masse totale des particules apportées ne doit jamais excéder la limite de 0,5 % de la masse du métal en fusion dans le tube, afin de limiter toute perturbation thermique.In the manufacturing method according to the invention, the production of the particles can be the same as that existing in the prior art. For example, one atomization by a jet of neutral gas or very low oxidizing under high pressure (powders), atomization by rotating electrode (powders), forging (beads), mechanical grinding, machining ( more specifically turning and milling to obtain chips), and the realization of ribbon by hypertrempe wheel. Regarding the supply of metal particles, it is a function of consumption during the production of the wire. It is therefore necessary to distribute the particles according to this consumption rate. The latter can be characterized by regular intervals, between the contribution of one or more particles, ranging from 2 to 60 seconds. This contribution must be made taking into account the fact that the total mass of the particles introduced must never exceed the limit of 0.5% of the mass of the molten metal in the tube, in order to limit any thermal disturbance.
On souligne l'importance de la maîtrise des paramètres géométrique et massique des particules d'apport par rapport au choix du système de distribution régulée utilisé. L'alimentation en métal se doit donc d'être maîtrisée au mieux, afin de compenser correctement la consommation de métal, lors du tirage du fil.The importance of controlling the geometrical and mass parameters of the input particles with respect to the choice of the regulated distribution system used is emphasized. The metal supply must therefore be controlled at best, in order to properly compensate for the consumption of metal during the drawing of the wire.
Concernant les différents types de système de distribution régulée utilisés, le choix sera fait en fonction de la masse et de la forme des particules, de la précision et de la reproductibilité du dosage recherché et du coût du dispositif de distribution.Regarding the different types of controlled distribution system used, the choice will be made according to the mass and shape of the particles, the accuracy and reproducibility of the desired dosage and the cost of the dispensing device.
Concernant le guidage des particules, on note qu'il est important de conserver toujours les mêmes trajectoires de celles-ci jusqu'au bain de métal en fusion. Pour cela, le tube de guidage 45 doit posséder un diamètre intérieur, légèrement supérieur à la hauteur des particules apportées. Ensuite, il est nécessaire de régler la distance entre l'extrémité inférieure du tube de guidage 45 et le bain de métal en fusion 14. Cette distance doit être légèrement inférieure au diamètre des particules apportées. En effet, si ces dernières n'arrivent pas au centre du métal en fusion, elles peuvent arriver dans une zone latérale du tube en verre 20, où le verre est à l'état visqueux et y rester bloquées. Si une de ces particules est présente dans cette zone, ceci peut entraîner des perturbations dans l'écoulement du verre menant à la casse du fil. Donc, en réglant cette distance, on peut assurer le bon transfert des particules vers le bain de métal en fusion. Le tube de guidage 45 doit ainsi supporter des températures proches du bain de métal en fusion. Si la température de ce bain du métal en fusion est de l'ordre de 1 1000C à 1 3000C, le quartz constitue un bon matériau à utiliser pour constituer ce tube de guidage 45.Regarding the guidance of the particles, it is important to always keep the same trajectories of the latter to the bath of molten metal. For this, the guide tube 45 must have an inside diameter, slightly greater than the height of the particles provided. Then, it is necessary to adjust the distance between the lower end of the guide tube 45 and the metal bath by 14. This distance must be slightly smaller than the diameter of the particles brought. Indeed, if they do not arrive at the center of the molten metal, they can arrive in a side area of the glass tube 20, where the glass is in the viscous state and remain locked there. If one of these particles is present in this area, this can cause disturbances in the flow of the glass leading to breakage of the wire. Therefore, by adjusting this distance, we can ensure the proper transfer of particles to the molten metal bath. The guide tube 45 must thus withstand temperatures close to the molten metal bath. If the temperature of this molten metal bath is of the order of 1100 ° C. to 1300 ° C., quartz constitutes a good material to be used to constitute this guide tube 45.
Pour assurer l'introduction des particules métalliques, un aimant 47 peut être placé autour du tube de verre 20, quelques centimètres au-dessus de l'inducteur 24, si les particules de métal apportées sont magnétiques. En effet, un tel aimant 47 permet de ralentir la chute des particules et donc d'éviter un jaillissement du métal en fusion sur les parois, assurant aussi le bon transfert de matières entre les particules et le bain de métal en fusion. Si elles ne sont pas magnétiques, on peut modifier la forme et le matériau du tube de guidage 45 pour ralentir la chute des particules.To ensure the introduction of the metal particles, a magnet 47 may be placed around the glass tube 20, a few centimeters above the inductor 24, if the metal particles made are magnetic. Indeed, such a magnet 47 makes it possible to slow down the fall of the particles and thus to prevent a spurt of the molten metal on the walls, also ensuring the good transfer of materials between the particles and the molten metal bath. If they are not magnetic, the shape and material of the guide tube 45 can be modified to slow the fall of the particles.
Pour la production du fil en continu selon l'invention, il est utile de vérifier l'étanchéité du montage, pour permettre le contrôle de la température par les moyens de mise en dépression, puis de fondre la masse du métal initial, afin de former un bain de métal en fusion. Il est également nécessaire de mettre au préalable la bobine réceptrice du système d'enroulement 11 en rotation et de mettre en route le système d'avance 25 du tube de verre 20. Puis, il est nécessaire de fixer la température du bain de métal en fusion à l'aide du système de dépression 38, assisté du pyromètre 30 et de stabiliser ainsi le procédé. Ensuite, il est nécessaire d'utiliser le jet d'eau 34 pour faire une trempe du fil 10. Il est nécessaire de régler le débit du système de distribution régulée en fonction du débit de consommation désiré.For the production of continuous wire according to the invention, it is useful to check the tightness of the assembly, to enable temperature control. by the depression means, and then melting the mass of the initial metal, to form a bath of molten metal. It is also necessary to first put the receiving coil of the winding system 11 in rotation and to start the advance system 25 of the glass tube 20. Then, it is necessary to set the temperature of the metal bath by melting using the vacuum system 38, assisted by the pyrometer 30 and thus stabilize the process. Then, it is necessary to use the water jet 34 to quench the wire 10. It is necessary to adjust the flow of the regulated distribution system according to the desired consumption rate.
Exemples de mise en oeuvreExamples of implementation
Une réalisation prévoit, avec l'utilisation d'un dispositif à axe tournant, en tant que système de distribution régulée, l'utilisation d'un alliage constitué d'un lingot de cobalt, de fer, de nickel, de molybdène, de bore et de silicium d'une densité de 7,5 g par centimètre cube, connue par ailleurs. 6 g de cet alliage sont placés au préalable dans le tube de verre 20 qui est borosilicaté et constitué d'un matériau du type Pyrex 7 740, de 600 mm de long et d'un diamètre interne de 12,6 mm, l'épaisseur de la paroi du verre étant de 1,2 mm. L'inducteur utilisé peut être du type à monospire, légèrement incurvé, d'un diamètre de 50 mm externe et de diamètre intérieur de 8 mm, alimenté par un générateur de fréquence à 440 kHz. Le tube de guidage peut avoir une longueur de 700 mm, un diamètre externe de 4 mm et un diamètre interne de 2 mm.One embodiment provides, with the use of a rotating-axis device, as a regulated distribution system, the use of an alloy consisting of a cobalt, iron, nickel, molybdenum, boron ingot and silicon with a density of 7.5 g per cubic centimeter, known elsewhere. 6 g of this alloy are placed beforehand in the glass tube 20 which is borosilicate and consists of a Pyrex type material 7 740, 600 mm long and an internal diameter of 12.6 mm, the thickness the wall of the glass being 1.2 mm. The inductor used may be of the monospire type, slightly curved, with a diameter of 50 mm external and internal diameter of 8 mm, powered by a frequency generator at 440 kHz. The guide tube may have a length of 700 mm, a outer diameter of 4 mm and an internal diameter of 2 mm.
Pour le tirage d'un fil dont le diamètre métallique est de 8 μm, dans cet exemple, la température de l'alliage métallique est maintenue à 1 2000C dans le tube de verre, tandis que la vitesse d'avance de ce dernier est de 1,6 mm par minute et la vitesse de bobinage est de 9 m/s. Le fil est tiré dans ces conditions à un diamètre total de 12 μm et un coeur métallique de 8 μm. La consommation de métal, lors du tirage du fil, présente alors un débit moyen de 203 mg/min. Enfin, les particules utilisées sont des poudres sphériques, de la même composition que celle du métal initialement inséré dans le tube de verre et peuvent être obtenues par atomisation à l'eau.For the drawing of a wire whose metal diameter is 8 microns, in this example, the temperature of the metal alloy is maintained at 1 200 0 C in the glass tube, while the speed of advance of the latter is 1.6 mm per minute and the winding speed is 9 m / s. The wire is drawn under these conditions to a total diameter of 12 μm and a metal core of 8 μm. The consumption of metal, during the drawing of the wire, then has an average flow rate of 203 mg / min. Finally, the particles used are spherical powders, of the same composition as that of the metal initially inserted into the glass tube and can be obtained by atomization with water.
Dans un premier exemple, si on utilise des particules dont la masse est de 15 mg (soit un diamètre moyen de 1,5 mm), l'extrémité inférieure du tube de guidage est mise en place à une distance maximum de 1 mm par rapport au bain de métal en fusion. On règle la vitesse de rotation du moteur du dispositif d'alimentation à 13,3 tr/min pour compenser la consommation de métal de 203 mg/min. Toutes les 4,5 secondes, une particule de métal de 15 mg tombe pour alimenter le bain de métal en fusion pendant une durée de fonctionnement que définit l'opérateur en fonction du nombre de kilomètres de fil souhaité.In a first example, if particles having a mass of 15 mg (ie an average diameter of 1.5 mm) are used, the lower end of the guide tube is placed at a maximum distance of 1 mm from in a bath of molten metal. The rotational speed of the feeder motor is set at 13.3 rpm to compensate for metal consumption of 203 mg / min. Every 4.5 seconds, a 15 mg metal particle falls to feed the molten metal bath for a period of time that the operator defines based on the desired number of miles of wire.
Dans un deuxième exemple, on fixe les mêmes conditions expérimentales précédentes. Si on utilise maintenant des particules de métal de masse 25 mg (soit un diamètre moyen de 1,9 mm), l'extrémité inférieure du tube de guidage est alors positionnée à une distance maximum de 1,5 mm par rapport au bain de métal en fusion. Le moteur du dispositif d'alimentation est donc réglé à une vitesse de rotation de 8 tr/min pour compenser la consommation de métal de 203 mg/min soit la chute d'une particule de 25 mg toutes les 7, 5 secondes .In a second example, the same previous experimental conditions are fixed. If metal particles with a mass of 25 mg (ie a mean diameter of 1.9 mm) are now used, the lower end of the The guide tube is then positioned at a maximum distance of 1.5 mm from the molten metal bath. The motor of the feed device is thus set to a rotation speed of 8 rpm to compensate the metal consumption of 203 mg / min or the drop of a particle of 25 mg every 7.5 seconds.
Pour le tirage d'un fil dont le diamètre métallique vaut 6 μm, le procédé de tirage est maintenant utilisé avec les paramètres suivants.For drawing a wire whose metal diameter is 6 μm, the printing process is now used with the following parameters.
La température de l'alliage métallique est maintenant maintenue à 1 28O0C dans le tube en verre, la vitesse d'avance de celui-ci est réglée à 1,8 mm/min et la vitesse de bobinage à 5,5 m/s.The temperature of the metal alloy is now maintained at 120 ° C. in the glass tube, the feed rate thereof is set at 1.8 mm / min and the winding speed at 5.5 m / min. s.
Le fil étiré dans ces conditions expérimentales a donc des caractéristiques géométriques différentes, soit un diamètre total 16 μm et un coeur métallique de 6 μm. La consommation de métal lors du tirage de fil est de 70 mg/min.The yarn stretched under these experimental conditions therefore has different geometrical characteristics, ie a total diameter of 16 μm and a metal core of 6 μm. The metal consumption during wire drawing is 70 mg / min.
Dans un premier exemple, si on utilise des particules sphériques dont la masse est de 5 mg (soit un diamètre moyen de 1 mm), l'extrémité inférieure du tube de guidage est à une distance maximale de 0,5 mm par rapport au bain de métal en fusion. On règle donc la vitesse de rotation du moteur du dispositif d'alimentation à 14 tr/min pour compenser la consommation de métal de 70 mg/min. Toutes les 4,2 secondes, une particule de métal de 5 mg tombe pour alimenter le bain de métal en fusion.In a first example, if spherical particles having a mass of 5 mg (ie an average diameter of 1 mm) are used, the lower end of the guide tube is at a maximum distance of 0.5 mm from the bath molten metal. The speed of rotation of the feeder motor is thus set at 14 rpm to compensate for the metal consumption of 70 mg / min. Every 4.2 seconds, a 5 mg metal particle falls to feed the molten metal bath.
Dans un deuxième exemple, on utilise maintenant des particules de métal sphériques de 25 mg (soit un diamètre moyen de 1,9 mm), l'extrémité inférieure du tube de guidage est positionnée à une distance maximum de 1,5 mm par rapport au bain de métal en fusion. Le moteur du dispositif d'alimentation est donc réglé à une vitesse de rotation de 2,8 tr/min pour compenser la consommation de métal de 70 mg/min, soit la chute d'une particule de 25 mg toutes les 21 secondes . In a second example, spherical metal particles of 25 mg are now used. (An average diameter of 1.9 mm), the lower end of the guide tube is positioned at a maximum distance of 1.5 mm from the bath of molten metal. The motor of the feeder is therefore set at a speed of rotation of 2.8 rpm to compensate for the metal consumption of 70 mg / min, ie the drop of a particle of 25 mg every 21 seconds.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication en continu et stable d'un fil métallique gainé de verre (10), consistant à :A method of continuously and stably producing a glass sheathed wire (10), comprising:
- introduire du métal dans un tube de verre (20) à l'intérieur duquel est placé un tube destiné à l'apport de métal (45), qui est fixe par rapport au tube de verre (20) qui est mobile, de diamètre externe inférieur au diamètre interne du tube de verre (20), totalement inerte vis-à-vis d'un bain de métal en fusion (14) pour lequel il est destiné à être utilisé et ne se ramollissant pas à la température de travail, destiné à recevoir le métal nécessaire à la fabrication du fil métallique gainé de verre (10), son extrémité inférieure se trouvant à une petite distance déterminée du bain de métal en fusion (14) ;- introducing metal into a glass tube (20) inside which is placed a tube for the supply of metal (45), which is fixed relative to the glass tube (20) which is movable, of diameter external to the internal diameter of the glass tube (20), totally inert with respect to a bath of molten metal (14) for which it is intended to be used and not softening at the working temperature, for receiving the metal necessary for the production of the glass-sheathed wire (10), its lower end being at a small predetermined distance from the molten metal bath (14);
- chauffer le métal jusqu'à sa fusion à l'intérieur du tube de verre (20), dans sa partie inférieure, dans le but de créer le bain de métal en fusion (14) dans la partie inférieure du tube de verre (20) pour la ramollir et permettre l'alimentation en continu de métal, de façon à ce que les dimensions de bain de métal en fusion (14) reste sensiblement constante pendant l'étirage du fil (10) ; etheating the metal until it melts inside the glass tube (20), in its lower part, in order to create the molten metal bath (14) in the lower part of the glass tube (20); ) to soften and allow continuous feeding of metal, so that the molten metal bath dimensions (14) remain substantially constant during drawing of the wire (10); and
- étirer de façon continue l'assemblage constitué du métal fondu entouré du verre, issu de la partie inférieure du tube de verre (20), tout en faisant descendre petit à petit le tube de verre (20) au fur et à mesure qu'il est consommé par l'étirage du fil gainé obtenu, caractérisé en ce qu'il consiste, pendant la fabrication en continu du fil, à alimenter en métal de façon continue et régulière le bain de métal en fusion au moyen d'un système de distribution régulée de particules de métal et par l'intermédiaire du tube destiné à l'apport de métal qui est un tube de guidagecontinuously stretching the assembly consisting of the molten metal surrounded by the glass, coming from the lower part of the glass tube (20), while gradually lowering the glass tube (20) as and when it is consumed by drawing the resulting sheathed wire, characterized in that during the continuous manufacture of the wire, the metal bath is continually and regularly supplied with metal by means of a controlled metal particle distribution system and via the tube for the supply of metal which is a guide tube
(15) des particules vers le bain de métal en fusion(15) particles to the molten metal bath
(14) .(14).
2. Dispositif de fabrication en continu et stable d'un fil métallique gainé de verre (10), comportant principalement2. Device for the continuous and stable production of a glass-wrapped wire (10), comprising mainly
- un tube de verre (20) fermé à sa base, de diamètre déterminé contenant un bain de métal en fusiona glass tube (20) closed at its base, of determined diameter containing a bath of molten metal
(14) ;(14);
- un tube destiné à l'apport du métal placé dans le tube de verre (20), de diamètre externe inférieur au diamètre interne du tube de verre (20) et ne ramollissant pas à la température de fusion du métal à fondre, ce tube possédant une extrémité inférieure placée près de la partie inférieure du tube de verrea tube intended for supplying the metal placed in the glass tube (20), of external diameter less than the internal diameter of the glass tube (20) and not softening at the melting temperature of the metal to be melted, this tube having a lower end placed near the bottom of the glass tube
(20) ;(20);
- des moyens de chauffage (23) pour fondre la masse métallique (12) placée dans le tube de verre (20) et maintenir un bain de métal en fusion (14) à l'état liquide, ramollissant une partie inférieure du tube de verre (20) ; etheating means (23) for melting the metal mass (12) placed in the glass tube (20) and maintaining a bath of molten metal (14) in the liquid state, softening a lower part of the glass tube (20); and
- des moyens de mise en déplacement du tube de verre (20) pour le faire descendre progressivement, au fur et à mesure qu'il est consommé par l'étirage du fil (10) ; caractérisé en ce qu'il comprend un système de distribution régulée (40, 50, 60) de particules de métal pour alimenter le bain de métal en fusion (14) de façon continue et régulière, le tube destiné à l'apport du métal est un tube de guidage (45) des particules vers le bain de métal en fusion (14) .- Means for moving the glass tube (20) to lower it gradually, as it is consumed by drawing the wire (10); characterized in that it comprises a controlled distribution system (40, 50, 60) of metal particles for feeding the molten metal bath (14) continuously and regularly, the tube for the delivery of the metal is a guide tube (45) of the particles to the molten metal bath (14).
3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il se complète de :3. Device according to claim 2, characterized in that it is completed with:
- un jet d'eau (34) placé en dessous des moyens de chauffage (23) ;a jet of water (34) placed beneath the heating means (23);
- un système de bobinage (11) pour enrouler le fil (10) fabriqué;- a winding system (11) for winding the wire (10) manufactured;
- des moyens de mise en dépression (38) pour réguler l'écoulement du métal ; et- Depression means (38) for regulating the flow of the metal; and
- des moyens de contrôle de la température du bain de fusion (14) sous la forme d'un pyromètre (30) .means for controlling the temperature of the melt (14) in the form of a pyrometer (30).
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de distribution régulée utilise un doseur à axe tournant (50) .4. Device according to claim 2, characterized in that the regulated dispensing system uses a rotational axis feeder (50).
5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de distribution régulée utilise une découpeuse automatique de ruban (60) .5. Device according to claim 2, characterized in that the regulated dispensing system uses an automatic slitter (60).
6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de distribution régulée utilise un doseur à vis sans fin.6. Device according to claim 2, characterized in that the regulated dispensing system uses a worm feeder.
7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de distribution régulée utilise un doseur vibrant. 7. Device according to claim 2, characterized in that the regulated dispensing system uses a vibrating doser.
8. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système de distribution régulée utilise un doseur à bande crantée. 8. Device according to claim 2, characterized in that the regulated dispensing system uses a notched band doser.
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