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Procédé et dispositif de refroidissement continu d'un fil d'acier tréfilé.
La présente invention concerne un procédé de refroidissement continu d'un fil d'acier tréfilé. L'invention porte également sur un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Dans la présente demande, on se réfère pour simplifier à un refroidissement à l'eau ; il faut comprendre que cette eau peut contenir divers additifs, notamment des sels minéraux tels que le borax ou des substances organiques, tels que des décélérateurs de trempe, qui sont par ailleurs bien connus dans la technique. D'autre part, l'expression "fil tréfilé" désigne ici un fil d'un diamètre de 1 mm à 5 mm, et de préférence de 1 mm à 3 mm, qui a déjà subi un premier tréfilage et qui doit encore subir au moins une opération de tréfilage de finition. Le fil considéré ici est en acier ayant une teneur en carbone de 0,15 % à 0,85 % en poids.
Actuellement, le fil d'acier est habituellement produit par laminage à chaud d'un lingot en billettes, puis en fil machine dont le diamètre est compris entre 5 mm et 14 mm. On peut également produire le fil machine à partir de blooms ou de billettes de coulée continue. Le fil machine est ensuite tréfilé en plusieurs passes, à travers des filières de diamètre décroissant, jusqu'au diamètre final désiré.
A l'état brut de laminage, le fil machine ne présente cependant pas une structure favorable au tréfilage et il doit subir un traitement particulier destiné à lui conférer la structure requise, à savoir une structure perlitique fine. Ce traitement particulier, appelé patentage, peut être effectué soit par immersion dans un bain de plomb soit par refroidissement naturel dans l'air.
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Après avoir subi une première opération de tréfilage, le fil ne présente plus une structure favorable à un nouveau tréfilage et il doit subir un traitement approprié pour recouvrer cette structure.
Actuellement, ce traitement consiste à échauffer le fil, dans un four multi-brins, jusqu'à une température supérieure au point A3 de façon à le rendre austénitique. On le refroidit ensuite, puis on lui applique un traitement de surface adéquat avant de le bobiner.
L'opération déterminante pour la structure est évidemment le refroidissement, qui est actuellement réalisé soit par patentage en bain de plomb soit par refroidissement en lit fluidisé.
Le patentage en bain de plomb pose des problèmes bien connus en matière de protection de l'environnement, tandis que l'emploi d'un lit fluidisé impose des frais d'exploitation et d'entretien très élevés.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé permettant de réaliser un refroidissement du fil aussi proche que possible de celui qu'assure le patentage en bain de plomb, dans des conditons économiques plus favorables que précédemment et sans porter atteinte au milieu environnant.
Conformément à la présente invention, un procédé de refroidissement continu d'un fil d'acier tréfilé, dans lequel on refroidit le fil depuis une température supérieure à son point de transformation A3 jusqu'à la température ambiante, est caractérisé en ce que l'on opère ledit refroidissement en au moins trois étapes distinctes successives, au moins les deux premières étapes consistant en des refroidissements à l'eau et la dernière étape consistant en un refroidissement à l'air, et en'-ce que l'on règle le refroidissement du fil individuellement dans chacune desdites étapes.
Au sens de la présente demande, on définit la température ambiante comme étant la température à partir de laquelle un refroidissement n'entraîne plus de modification sensible de la structure de
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l'acier.
De manière préférentielle, le procédé de l'invention comporte deux étapes de refroidissement à l'eau suivies d'une étape de refroidissement à l'air. Ces étapes sont distinctes l'une de l'autre, notamment en ce qui concerne la régulation du refroidissement ; elles sont appliquées successivement, et sans refroidissement ni réchauffement intermédiaire, au fil qui les traverse en séquence à une vitesse constante. Il en résulte que la durée de chaque étape dépend de la longueur du dispositif de refroidissement correspondant.
Les conditions de refroidissement dans les différentes étapes du procédé peuvent varier en fonction notamment de la teneur en carbone de l'acier et de la température d'austénitisation du fil.
A cet égard, il s'est avéré préférable de choisir une température d'austénitisation de 900-950*C ; une telle température est suffisamment élevée pour assurer que le fil est entièrement austénitique, même pour des vitesses de chauffage élevées, tout en limitant d'une part la consommation d'énergie de chauffage et la quantité de chaleur à extraire lors du refroidissement.
Selon une caractéristique intéressante du procédé de l'invention, on refroidit le fil à l'eau, dans une première étape, depuis la température d'austénitisation jusqu'à une température comprise entre 750*C et 650. C avec une densité moyenne de flux calorifique comprise entre 900 kW/m2 et 1100 kW/m2.
On rappellera ici que la densité moyenne de flux calorifique expri- me la quantité de chaleur extraite du fil par unité de temps et par unité de surface du fil ; elle permet de déterminer la puissance de refroidissement du dispositif utilisé, elle peut être calculée aisément à partir des températures initiale et finale du fil et de la durée du refroidissement. Elle traduit en fait l'intensité du refroidissement.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on refroidit le fil
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à l'eau, dans une deuxième étape, depuis une température comprise entre 750. C et 650. C jusqu'à une température comprise entre 650*C et 575'C avec une densité moyenne de flux calorifique comprise entre 300 kW/m2 et 550 kW/m2.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on refroidit le fil à l'air, dans une dernière étape, depuis une température
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comprise entre 6S0. C et S75. C jusqu'à une température comprise entre 600. C et 550. C, avec une densité moyenne de flux calorifique comprise entre 75 kW/m2 et 350 kW/m2.
Dans les étapes du procédé de l'invention qui consistent en un refroidissement à l'eau, on règle l'intensité du refroidissement en agissant de manière appropriée sur la température de l'eau ; à cet effet, on réchauffe, ou on refroidit cette eau selon que la température de surface du fil, mesurée à la fin de chaque étape de refroidissement, est inférieure ou supérieure à une valeur prédéterminée. De manière connue en soi cette régulation de la température de l'eau n'est mise en route que si l'écart entre la valeur mesurée et la valeur prédéterminée de la température de surface du fil dédépasse une valeur également prédéterminée, par exemple 10*C.
Dans l'étape du procédé de l'invention qui consiste en un refroidissement à l'air, on règle l'intensité du refroidissement en agissant sur la vitesse de circulation de l'air, c'est-à-dire sur son débit ; à cet effet, on augmente ou on diminue la vitesse de circulation de l'air selon que la température de surface du fil, mesurée à la fin de l'étape de refroidissement à l'air, est supérieure ou inférieure à une valeur prédéterminée. De manière également connue en soi, cette régulation de la vitesse de circulation de l'air n'est mise en route que si l'écart entre la valeur mesurée et la valeur prédéterminée de la température de surface du fil dépasse une valeur également prédéterminée, par exemple 10*C.
On peut préciser ici que la vitesse de circulation de l'air se relie aisément au débit et, compte tenu de la température de l'air, au coefficient de transfert de chaleur et à la densité moyenne de flux calorifique correspondants.
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Par un autre aspect, la présente invention porte également sur un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de refroidissement d'un fil d'acier tréfilé qui vient d'être décrit.
Conformément à cet aspect de l'invention, un dispositif de refroidissement continu d'un fil d'acier tréfilé, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois unités de refroidissement distinctes successives, en ce qu'au moins la première et la deuxième de ces unités comprennent des moyens de refroidissement du fil à l'eau, en ce que la dernière de ces unités comprend des moyens de refroidissement du fil à l'air, et en ce qu'il est prévu des moyens pour régler individuellement le refroidissement du fil dans chacune de ces unités.
Selon une réalisation particulière, lesdits moyens de réglage équipant une unité de refroidissement à l'eau comprennent un échangeur de chaleur immergé dans l'eau de refroidissement ; cet échangeur de chaleur peut être associé à un élément chauffant, qui fonctionne par exemple à l'électricité ou à la vapeur.
Dans le cas de l'unité de refroidissement à l'air, les moyens de réglage comprennent une soufflante pour faire varier la vitesse de circulation de l'air.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre. Cette description porte sur des exemples de mise en oeuvre du procédé de l'invention ; elle est illustrée par les dessins annexés, dans lesquels la Fig. 1 représente schématiquement un dispositif conforme à l'invention, composé de deux unités successives de refroidissement à l'eau suivies d'une unité de refroidissement à l'air ; la Fig. 2 illustre la comparaison du traitement d'un fil de 3 mm de diamètre par le patentage au plomb (a) et par le procédé de l'invention (b) ; et la
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Fig. 3 illustre la comparaison du traitement d'un fil de 1 mm de diamètre par le patentage au plomb (a) et par le procédé de l'invention (b).
On a représenté schématiquement dans la Fig. 1, un dispositif de refroidissement d'un fil tréfilé 1 qui se déplace, à vitesse constante, dans le sens indiqué par la flèche 2. Dans la vue longitudinale de la Fig. 1, ainsi que dans la description correspondante, on se réfère systématiquement à un seul fil 1. Il va de soi cependant que l'invention est parfaitement applicable dans les installations de la pratique courante, où l'on traite simultanément une nappe de plusieurs fils parallèles, par exemple de 15 à 40 fils.
Le dispositif de refroidissement de la Fig. 1 comprend une première unité de refroidissement à l'eau de longueur A, une seconde unité de refroidissement à l'eau de longueur B et une unité de refroidis- sement à l'air de longueur C, les longueurs A, B, C étant prisesdans la direction de déplacement du fil 1.
Les deux unités de refroidissement à l'eau ne diffèrent que par leur longueur. On ne décrira donc que la première, les éléments identiques étant d'ailleurs désignés par les mêmes repères numériques dans les deux unités.
Une unité de refroidissement à l'eau comprend un tube 3, de diamètre intérieur d et de longueur A ou B respectivement, à travers lequel circule le fil 1 à refroidir. Le tube 3 est alimenté en eau à partir d'une cuve 4, située sous le tube 3 et reliée par une conduite 5 et une pompe 6, à une nourrice transversale 7, de diamètre D. La nourrice 7 est raccordée individuellement en 8 à l'entrée de chacun des tubes parallèles 3, dont un seul est représenté comme on l'a indiqué plus haut. Le tube 3 présente également une tubulure de sortie 9, par laquelle l'eau de refroidissement retourne à la cuve 4. Chaque tube est également équipé d'un sas d'entrée 10, et d'un sas de sortie 11, destinés à empêcher tout écoulement d'eau par les extrémités du tube 3.
Dans le fond de la cuve 3 sont disposés un appareil de chauffage électrique 12, tel qu'un plongeur, et un
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échangeur de chaleur eau-eau, 13, destinés respectivement à réchauffer, ou à refoidir l'eau contenue dans la cuve 3. Il est enfin prévu, aux extrémités du tube 3, des capteurs de température 14 destinés à mesurer la température de surface du fil 1 à l'entrée et à la sortie de chaque unité de refroidissement.
L'unité de refroidissement à l'air se compose essentiellement d'un tube 15, ayant le même diamètre intérieur d et une longueur C, à travers lequel circule le fil 1. Le tube 15 est alimenté en air de refroidissement par une conduite 16 à partir d'une soufflante non représentée. Un sas d'entrée 17 empêche l'air de s'échapper vers le tube 3 de la seconde unité de refroidissement à l'eau. L'extrémité aval du tube 15 peut être libre, auquel cas l'air est rejeté directement à l'atmosphère, soit reliée, via un sas et une tubulure non représentés, à un réservoir de stockage alimentant la soufflante. Cette extrémité est également équipée d'un capteur de température 14.
A titre d'exemple, on a refroidi des fils tréfilés d'un diamètre respectif de 3 mm et de 1 mm, d'une part par patentage au plomb conventionnel, d'autre part par le procédé de"patentage à l'eau" qui fait l'objet de la présente invention.
Dans tous les cas, les fils ont été refroidis à partir d'une température d'austénitisation de 950ex.
La Fig. 2a illustre le refroidissement conventionnel d'un fil de 3 mm, dans un bain de plomb à 500. C, suivi d'un refroidissement dans l'air calme. L'axe des abscisses indique le temps t exprimé en secondes (s), ; l'axe des ordonnées indique la température T (*C).
Dans cette Fig. 2a, la courbe (a) représente l'évolution de la température de la surface du fil, et la courbe (b) représente l'évolution de la température du centre du fil. Ces courbes sont bien connues dans la pratique et elles n'appellent pas de commentaires particuliers.
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Pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention, on a construit un dispositif du type illustré dans la Fig. 1, comportant deux unités 1, II de refroidissement à l'eau et une unité III de refroidissement à l'air, présentant les dimensions suivantes :
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<tb>
<tb> longueur <SEP> unité <SEP> 1 <SEP> : <SEP> A <SEP> = <SEP> 0,35 <SEP> m
<tb> longueur <SEP> unité <SEP> II <SEP> : <SEP> B <SEP> = <SEP> 0,40 <SEP> m
<tb> longueur <SEP> unité <SEP> III <SEP> : <SEP> C-1, <SEP> 00 <SEP> m
<tb> diamètre <SEP> nourrices <SEP> : <SEP> D <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP> m
<tb> diamètre <SEP> tubes <SEP> : <SEP> d-6 <SEP> mm.
<tb>
Les fils tréfilés à refroidir circulaient dans les tubes à une vitesse constante de 0,5 m/s, alors que la vitesse de l'eau dans les tubes était de 1 m/s. Le débit d'eau dans un tube était donc de
76,31 l/h ; dans le cas d'une installation de 30 fils de ce type en parallèle, il faut un débit d'eau de 2,29 m3/h, ce qui entraîne une vitesse de 0,1 m/s dans la nourrice transversale.
Dans l'unité I, on a appliqué une densité moyenne de flux calorifi- que de 910 kW/m2, pour refroidir la surface du fil de 950. C à 725. C, avec de l'eau à 20. C ; il en est résulté un coefficient d'échange de chaleur de 1,11 kM/m *C.
Dans l'unité II, la densité moyenne de flux calorifique valait 500 kW/m2 et on a refroidi le fil de 725'C à 625'C en surface, toujours avec de l'eau à 20. C.
Enfin, dans l'unité III de refroidissement à l'air, on a appliqué une densité moyenne de flux calorifique de 325 kW/m2 avec de l'air à 20. C, et on a refroidi le fil jusqu'à 610. C ; cette étape de re- refroidissement comprend le réchauffement du fil dû au phénomène de caléfaction.
La Fig. 2b retrace l'évolution des températures de la surface (courbe a) et du centre (courbe b) d'un fil de 3 mm refroidi con- formément à l'invention. On constate que ces courbes se superposent de façon quasi parfaite aux courbes (a) et (b) de la Fig. 2a. L'é- tape IV correspond au refroidissement final du fil dans l'air
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calme.
Des essais similaires ont été effectués avec du fil tréfilé de 1 mm de diamètre, d'une part par patentage dans un bain de plomb à 575'C, et d'autre part en utilisant le même dispositif que pour les fils de 3 mm.
La Fig. 3a montre l'évolution de la température de surface du fil dans le bain de plomb ; cette courbe est également bien connue dans la pratique et n'appelle pas de remarques particulières.
Le refroidissement conforme à l'invention est illustré dans la Fig. 3b. Les fils à refroidir et l'eau de refroidissement circulaient à la même vitesse dans les tubes que dans le cas précédent, à savoir 0, 5 m/s et 1 m/s respectivement. Il en est résulté un débit d'eau de 98,9 l/h dans un tube et de 2,97 m3/h pour 30 tubes ; la vitesse de l'eau dans la nourrice était ainsi de 0,13 m/s.
Dans l'unité I, on a appliqué une densité moyenne de flux calorifique de 1075 kW/m2, pour refroidir le fil, en surface, de 950'C à 675*C, avec de l'eau à 20. C ; il en est résulté un coefficient d'échange de chaleur de 1,36 kW/m *C.
Dans l'unité II, la densité moyenne de flux calorifique valait 325 kW/m2 et on a ainsi refroidi le fil de 675'C à 600. C en surface, toujours avec de l'eau à 20. C.
Enfin, dans l'unité III de refroidissement à l'air, on a appliqué une densité moyenne de flux calorifique de 100 kW/m2 avec de l'air à 20'C ; on a ainsi refroidi le fil jusqu'à 580'C, tout en compensant le réchauffement dû au phénomène de caléfaction.
La courbe de la Fig. 3b retrace l'évolution de la température de surface d'un fil de 1 mm refroidi conformément à l'invention. On constate que cette courbe se superpose presque parfaitement à celle de la Fig. 3a.
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Dans les deux cas, le fil a été finalement refroidi dans l'air calme (étape IV Fig. 2b-3b).
Les exemples précités montrent que le procédé de l'invention permet d'appliquer un refroidissement analogue à celui que procure le patentage en bain de plomb. Par rapport à ce dernier, le procédé de l'invention présente l'avantage d'être plus économique et de ne pas provoquer d'effet défavorable en matière de protection de l'environnement.
L'invention n'est évidemment pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits et illustrés. En particulier, il ne sortirait pas du cadre de l'invention de fractionner le refroidissement à l'eau du fil en plus de deux étapes et de prévoir par conséquent plus de deux unités de refroidissement à l'eau dans le dispositif proposé. Par ailleurs, il va de soi que le dispositif de l'invention est suivi d'une zone de refroidissement du fil dans l'air calme.
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Method and device for continuous cooling of a drawn steel wire.
The present invention relates to a process for the continuous cooling of a drawn steel wire. The invention also relates to a device for implementing this method.
In the present application, reference is made for simplicity to water cooling; it should be understood that this water can contain various additives, in particular mineral salts such as borax or organic substances, such as quench decelerators, which are moreover well known in the art. On the other hand, the expression "drawn wire" here designates a wire with a diameter of 1 mm to 5 mm, and preferably from 1 mm to 3 mm, which has already undergone a first drawing and which must still undergo minus a finishing drawing operation. The wire considered here is made of steel having a carbon content of 0.15% to 0.85% by weight.
Currently, steel wire is usually produced by hot rolling an ingot in billets, then in wire rod whose diameter is between 5 mm and 14 mm. Wire rod can also be produced from blooms or continuous casting billets. The wire rod is then drawn in several passes, through dies of decreasing diameter, to the desired final diameter.
In the raw rolling state, the wire rod does not however have a structure favorable to the drawing and it must undergo a particular treatment intended to give it the required structure, namely a fine pearlitic structure. This particular treatment, called patenting, can be carried out either by immersion in a lead bath or by natural cooling in the air.
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After having undergone a first drawing operation, the wire no longer has a structure favorable to a new drawing and it must undergo an appropriate treatment to recover this structure.
Currently, this treatment consists of heating the wire, in a multi-strand oven, to a temperature above point A3 so as to make it austenitic. It is then cooled, then an adequate surface treatment is applied to it before winding it.
The decisive operation for the structure is obviously cooling, which is currently carried out either by patenting in a lead bath or by cooling in a fluidized bed.
Patenting in a lead bath poses well-known problems in terms of environmental protection, while the use of a fluidized bed imposes very high operating and maintenance costs.
The object of the present invention is to provide a method for cooling the wire as close as possible to that provided by patenting in a lead bath, under more favorable economic conditions than previously and without harming the surrounding environment.
According to the present invention, a process for the continuous cooling of a drawn steel wire, in which the wire is cooled from a temperature above its transformation point A3 to ambient temperature, is characterized in that the said cooling is carried out in at least three successive separate stages, at least the first two stages consisting of water cooling and the last stage consisting of air cooling, and in that the wire cooling individually in each of said steps.
Within the meaning of the present application, the ambient temperature is defined as being the temperature above which cooling no longer entails any substantial modification of the structure of
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steel.
Preferably, the method of the invention comprises two stages of water cooling followed by a stage of air cooling. These stages are distinct from each other, in particular with regard to the regulation of cooling; they are applied successively, and without intermediate cooling or heating, to the wire which passes through them in sequence at a constant speed. As a result, the duration of each step depends on the length of the corresponding cooling device.
The cooling conditions in the various stages of the process can vary depending in particular on the carbon content of the steel and the austenitization temperature of the wire.
In this regard, it has proven preferable to choose an austenitization temperature of 900-950 ° C .; such a temperature is high enough to ensure that the wire is fully austenitic, even for high heating rates, while limiting on the one hand the consumption of heating energy and the amount of heat to be extracted during cooling.
According to an advantageous characteristic of the process of the invention, the wire is cooled in water, in a first step, from the austenitization temperature to a temperature between 750 ° C. and 650 ° C. with an average density of heat flow between 900 kW / m2 and 1100 kW / m2.
It will be recalled here that the average density of heat flux expresses the quantity of heat extracted from the wire per unit of time and per unit of surface of the wire; it makes it possible to determine the cooling power of the device used, it can be easily calculated from the initial and final temperatures of the wire and the duration of the cooling. It actually reflects the intensity of the cooling.
According to another characteristic of the invention, the wire is cooled
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with water, in a second step, from a temperature between 750. C and 650. C to a temperature between 650 * C and 575'C with an average density of heat flow between 300 kW / m2 and 550 kW / m2.
According to yet another characteristic of the invention, the wire is cooled in air, in a last step, from a temperature
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between 6S0. C and S75. C up to a temperature between 600. C and 550. C, with an average density of heat flow between 75 kW / m2 and 350 kW / m2.
In the steps of the method of the invention which consist of water cooling, the intensity of the cooling is adjusted by acting appropriately on the temperature of the water; for this purpose, this water is heated or cooled according to whether the surface temperature of the wire, measured at the end of each cooling step, is lower or higher than a predetermined value. In a manner known per se, this regulation of the water temperature is only activated if the difference between the measured value and the predetermined value of the surface temperature of the wire exceeds a value also predetermined, for example 10 * vs.
In the step of the process of the invention which consists of air cooling, the intensity of the cooling is adjusted by acting on the speed of circulation of the air, that is to say on its flow rate; for this purpose, the speed of air circulation is increased or decreased depending on whether the surface temperature of the wire, measured at the end of the air cooling step, is higher or lower than a predetermined value. In a manner also known per se, this regulation of the air circulation speed is only activated if the difference between the measured value and the predetermined value of the surface temperature of the wire exceeds a also predetermined value, for example 10 * C.
It can be specified here that the air circulation speed is easily related to the flow rate and, taking the air temperature into account, the corresponding heat transfer coefficient and the average heat flux density.
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In another aspect, the present invention also relates to a device for implementing the method of cooling a drawn steel wire which has just been described.
According to this aspect of the invention, a device for continuous cooling of a drawn steel wire, is characterized in that it comprises at least three successive distinct cooling units, in that at least the first and the second of these units comprise means for cooling the wire in the water, in that the last of these units comprises means for cooling the wire in air, and in that means are provided for individually adjusting the wire cooling in each of these units.
According to a particular embodiment, said adjustment means equipping a water cooling unit comprise a heat exchanger immersed in the cooling water; this heat exchanger can be associated with a heating element, which operates for example with electricity or steam.
In the case of the air cooling unit, the adjustment means comprise a blower for varying the speed of air circulation.
Other features and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows. This description relates to examples of implementation of the method of the invention; it is illustrated by the appended drawings, in which FIG. 1 schematically represents a device according to the invention, composed of two successive water cooling units followed by an air cooling unit; Fig. 2 illustrates the comparison of the treatment of a wire 3 mm in diameter by lead patenting (a) and by the method of the invention (b); and the
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Fig. 3 illustrates the comparison of the treatment of a wire of 1 mm in diameter by lead patenting (a) and by the method of the invention (b).
There is shown schematically in FIG. 1, a device for cooling a drawn wire 1 which moves, at constant speed, in the direction indicated by the arrow 2. In the longitudinal view of FIG. 1, as well as in the corresponding description, one systematically refers to a single wire 1. It goes without saying, however, that the invention is perfectly applicable in installations of current practice, where a sheet of several wires is treated simultaneously parallel, for example from 15 to 40 wires.
The cooling device of FIG. 1 comprises a first water cooling unit of length A, a second water cooling unit of length B and an air cooling unit of length C, the lengths A, B, C being taken in the direction of movement of the wire 1.
The two water cooling units differ only in their length. We will therefore only describe the first, the identical elements being also designated by the same reference numerals in the two units.
A water cooling unit comprises a tube 3, of internal diameter d and of length A or B respectively, through which the wire 1 to be cooled circulates. The tube 3 is supplied with water from a tank 4, located under the tube 3 and connected by a pipe 5 and a pump 6, to a transverse feeder 7, of diameter D. The feeder 7 is individually connected at 8 to the inlet of each of the parallel tubes 3, only one of which is shown as indicated above. The tube 3 also has an outlet tube 9, through which the cooling water returns to the tank 4. Each tube is also equipped with an inlet lock 10, and an outlet lock 11, intended to prevent any flow of water from the ends of the tube 3.
In the bottom of the tank 3 are arranged an electric heater 12, such as a plunger, and a
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water-water heat exchanger, 13, intended respectively to heat or cool the water contained in the tank 3. Finally, there are provided, at the ends of the tube 3, temperature sensors 14 intended to measure the surface temperature of the wire 1 at the inlet and outlet of each cooling unit.
The air cooling unit essentially consists of a tube 15, having the same internal diameter d and a length C, through which the wire 1 flows. The tube 15 is supplied with cooling air by a pipe 16 from a fan not shown. An entry airlock 17 prevents air from escaping to the tube 3 of the second water cooling unit. The downstream end of the tube 15 can be free, in which case the air is discharged directly to the atmosphere, or is connected, via an airlock and a tube not shown, to a storage tank supplying the blower. This end is also equipped with a temperature sensor 14.
For example, wire drawn with a respective diameter of 3 mm and 1 mm was cooled, on the one hand by conventional lead patenting, and on the other hand by the "water patenting" process. which is the subject of the present invention.
In all cases, the wires were cooled from an austenitization temperature of 950ex.
Fig. 2a illustrates the conventional cooling of a 3 mm wire, in a lead bath at 500. C, followed by cooling in still air. The abscissa axis indicates the time t expressed in seconds (s),; the ordinate axis indicates the temperature T (* C).
In this Fig. 2a, the curve (a) represents the evolution of the temperature of the surface of the wire, and the curve (b) represents the evolution of the temperature of the center of the wire. These curves are well known in practice and do not call for specific comments.
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To implement the method of the invention, a device of the type illustrated in FIG. 1, comprising two water cooling units 1, II and an air cooling unit III, having the following dimensions:
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<tb>
<tb> length <SEP> unit <SEP> 1 <SEP>: <SEP> A <SEP> = <SEP> 0.35 <SEP> m
<tb> length <SEP> unit <SEP> II <SEP>: <SEP> B <SEP> = <SEP> 0.40 <SEP> m
<tb> length <SEP> unit <SEP> III <SEP>: <SEP> C-1, <SEP> 00 <SEP> m
<tb> diameter <SEP> manifolds <SEP>: <SEP> D <SEP> = <SEP> 0, <SEP> 09 <SEP> m
<tb> diameter <SEP> tubes <SEP>: <SEP> d-6 <SEP> mm.
<tb>
The drawn wire to be cooled circulated in the tubes at a constant speed of 0.5 m / s, while the speed of the water in the tubes was 1 m / s. The water flow in a tube was therefore
76.31 l / h; in the case of a 30-wire installation of this type in parallel, a water flow of 2.29 m3 / h is required, which results in a speed of 0.1 m / s in the transverse feeder.
In unit I, an average heat flux density of 910 kW / m2 was applied, to cool the surface of the wire from 950. C to 725. C, with water to 20. C; this resulted in a heat exchange coefficient of 1.11 kM / m * C.
In unit II, the average heat flux density was 500 kW / m2 and the wire was cooled from 725 ° C to 625 ° C on the surface, still with water at 20 ° C.
Finally, in air cooling unit III, an average heat flux density of 325 kW / m2 was applied with air at 20. C, and the wire was cooled to 610. C ; this re-cooling step includes the heating of the wire due to the phenomenon of calefaction.
Fig. 2b traces the evolution of the temperatures of the surface (curve a) and of the center (curve b) of a 3 mm wire cooled in accordance with the invention. It can be seen that these curves are almost perfectly superimposed on curves (a) and (b) of FIG. 2a. Stage IV corresponds to the final cooling of the wire in air
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calm.
Similar tests were carried out with drawn wire 1 mm in diameter, on the one hand by patenting in a lead bath at 575 ° C., and on the other hand using the same device as for the wires of 3 mm.
Fig. 3a shows the evolution of the surface temperature of the wire in the lead bath; this curve is also well known in practice and does not call for particular remarks.
The cooling according to the invention is illustrated in FIG. 3b. The wires to be cooled and the cooling water circulated at the same speed in the tubes as in the previous case, namely 0.5 m / s and 1 m / s respectively. This resulted in a water flow of 98.9 l / h in one tube and 2.97 m3 / h for 30 tubes; the speed of the water in the manifold was thus 0.13 m / s.
In unit I, an average heat flux density of 1075 kW / m2 was applied to cool the surface wire from 950 ° C to 675 ° C with water to 20 ° C; this resulted in a heat exchange coefficient of 1.36 kW / m * C.
In unit II, the average heat flux density was 325 kW / m2 and the wire was thus cooled from 675 ° C to 600. C on the surface, still with water at 20. C.
Finally, in air cooling unit III, an average heat flux density of 100 kW / m2 was applied with air at 20 ° C; the wire was thus cooled to 580 ° C., while compensating for the heating due to the phenomenon of heat build-up.
The curve of FIG. 3b traces the evolution of the surface temperature of a 1 mm wire cooled in accordance with the invention. It can be seen that this curve is almost perfectly superimposed on that of FIG. 3a.
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In both cases, the wire was finally cooled in still air (step IV Fig. 2b-3b).
The above examples show that the process of the invention makes it possible to apply cooling similar to that obtained by patenting in a lead bath. Compared to the latter, the method of the invention has the advantage of being more economical and of not causing an adverse effect in terms of environmental protection.
The invention is obviously not limited to the examples of implementation which have just been described and illustrated. In particular, it would not be departing from the scope of the invention to split the water cooling of the wire into more than two stages and consequently to provide more than two water cooling units in the proposed device. Furthermore, it goes without saying that the device of the invention is followed by a zone for cooling the wire in calm air.