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V092/13660 2 Q 9 n ~ 9 8 PCT/FR92/0007~
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR OB~ENIR EN
CONTINU UN FIL PAR EXTRUSION DANS UN LIQUI~E
L'invention concerne les procédés et les dispositifs
permettant d~obtenir des fils par coul~e dans un liquide. De
tels fils sont par exemple des fils métalliques, notamment
des fils en alliages amorphes.
Il est connu de réaliser des fils amorphes par projection
d'un jet d'alliage fondu dans une couche liquide de
refroidissement, par exemple une couche d~eau, plaquée grâce
la force centrifuge contre la paroi interne d'un tambour
rotatif. De tels procédés sont decrits par exemple dans les
brevets US 3,845,805, US 4,523,626, FR 2 636 552. La demande
de brevet japonais publiée sous le n 63-137550 décrit un tel
procédé dans lequel on utilise des dispositifs au fond du
tambour, de façon à séparer un nombre déterminé de couches de
fils. Le fil est extrait à l'arrêt du tambour, de telle sorte
que ce procédé ne peut pas être utilisé en continu.
. :.
Pour qu'un procédé de coulée centrifuge dans un tambour -
puisse etre utilisé en continu, il est nécessaire de faire
sortir le fil du tambour, au fur et à mesure de sa formation.
Divers procédés ont été décrits dans ce but. On a proposé par
exemple d'utiliser des dispositifs magnétiques pour plaquer
le fil contre une bobine disposée hors du liquide de
refroidissement, ces dispositifs utilisant éventuellement en
outre un levier à mouvement radial entraîné par le tambour.
De tels procédés sont décrits par exemple dans les brevets
US 4,617,983, dans la demande de brevet japonais publiée sous
le n 62-8g526, dans la demande internationale pl~hliée sous
le n WO 87/155. Ces dispositifs sont complexes ~ mettre en
oeuvre et peuvent conduire à des instabilités du film d'eau
pré~udiciables à la continuité du fil. Des dispositifs à
évacuation d'eau et de fil ont été décrits par exemple dans
les demandes de brevet japonais publiées sous les n
- - ~
:: : - .: . '
. . : ~ .
. .,; . ~ ~ .
.
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-- 2 --
60-61147, 60-76255, 60-166147, 61-253147. Ces dispositifs
sont également complexes à mettre en oeuvre, et, de plus, ils
posent des problèmes d~étanchéité difficiles ~ résoudre.
Le but de l'invention est de proposer un procéde et un
dispositif permettant d~extraire en continu, de façon simple,
un fil réalisé par centrifugation dans un tambour, sans qu'il
apparaisse de problème d~étanchéité. Le procédé conforme à ::
l'invention, pour obtenir en continu un fil solide par
t extrusion d~une matière fondue dans un liquide de
: refroidissement plaqué par centrifugation contre la paroi
interne d'un tambour, est caractérisé par les points
suivants :
a) on utilise un tambour susceptible de tourner autour d'un
axe ; la paroi interne du tambour, au contact du liquide :
centrifugé, comporte une surface latéraie qui se rapproche
progressivement de l'axe de rotation lorsqu'on se dirige
~ vers l'extérieur du tambour ;
: b) on utilise des moyens permettant de déplacer le fil le
, long de cette surface, de telle sorte que le fil s'éloigne
' ensuite de cette surface en sortant du tambour sous
l'action de la force centrifuge.
1 L'invention concerne egalement un dispositif pour obtenir en
:. continu un fil solide par extrusion d~une matière fondue dans
un liquide de refroidissement plaqu~ par centrifugation
contre la paroi interne d~un tambour, le dispositif etant .
caracterisé par les points suivants :
, a) il comporte un tambour et des moyens permettant de faire
tourner le tambour autour d'un axe ; la paroi interne du
-~ tambour, destinee à venir au contact du liquide
centrifugé, comporte une surface latérale qui se rapproche
- progressivement de l'axe de rotation lorsqu'on se dirige
.
.:, . .. . .
2R. 99498
:V092/13660 PCT/FR92/0007
~ 3 ~
vers l'extérieur du tambour ;
,, ,
b) il comporte des moyens permettant de déplacer le fil le
long de cette surface, ces moyens etant agencés pour que
le fil s'éloigne ensuite de cette surface en sortant du
tambour, sous l~action de la force centrifuge.
;, .
L~invention concerne également les fils obtenus avec le
procédé ou le dispositif précédemment décrits.
,,
`~ L'invention concerne également les articles renforcés avec
~- ces fils, ces articles étant par exemple des courroies, des
tuyaux, des enveloppes de pneumatiques.
~ -
; L'invention sera aisément comprise à l'aide des exemples non
':s limitatifs qui suivent, et des figures toutes schématiques
-, relatives à ces exemples.
., q
i, Sur le dessin :
; ~
- la figure 1 représente vu de face un dispositif conforme à
; 1'invention avec un tambour tournant autour d'un axe, la
vue de la figure 1 étant effectuée selon la flèche F
représentée à la figure 2 ;
"~, .
- la figure 2 représente en coupe le dispositif représenté à
~ la figure 1, cette coupe étant référencée par les segments
'`'5' de droites II à la figure 1 ;
, ,;~
- les figures 3 et 4 représentent chacune plus en détail une
~- partie du tambour du dispositif représenté aux figures 1
et 2, avec un poussoir, chacune de ces figures
correspondant à une position de ce poussoir, ces figures
étant des coupes effectuées selon des plans passant par
1'axe de rotation du tambour ;
.,~
, ~
.
~:
' ' : '
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- 4 -
- la figure 5 représente, vu de face, une partie de ce
tambour, cette vue étant effectuée selon la fleche F,
représentée aux figures 2 à 4 ;
- la figure 6 représente une partie du tambour d'un autre
mode de réalisation conforme à l'invention, selon une coupe
effectuée de façon analogue aux figures 3 et 4.
Les figures 1 et 2 représentent un dispositif conforme à
l'invention pour la réalisation de fils métalliques amorphes.
Ce dispositif 1 comporte un réservoir 2 constitué par un
creuset autour duquel se trouve la bobine d'induction 3 qui
permet de fondre l'alliage métallique amorphisable 4 à base
de fer disposé dans le réservoir 2. Un gaz sous pression 5,
par exemple de l'arson, permet de faire couler l~alliage
liquide 4 à travers la buse 6 de façon à obtenir un jet 7, ce
gaz S ~tant inerte vis-à-vis de l'alliage 4. Ce jet 7
parvient à la couche 8 de liquide refroidisseur g plaquée -
contre la paroi interne 10 d~un tambour 11, ce liquide 9
' étant par exemple de l'eau. Le jet 7 se solidifie alors très
rapidement pour donner le fil metallique amorphe 12. Le
. tambour 11 tourne autour de son axe dans le sens de la
5, flèche F11, cet axe étant référencé xx' à la figure 2 et x à
77 la figure 1, et la force centrifuge ainsi obtenue applique le
~ liquide refroidisseur 9 sous forme de la couche 8 contre la -
paroi interne 10. La figure 1 est une vue de face, depuis
l'extérieur du tambour, selon la flèche F de la figure 2 et
~ la figure 2 est une coupe effectuée dans deux plans dont un
passe par l~axe xx~ et l~autre est parallèle à l'axe xx',
cette coupe étant référencée par les segments de ligne droite
la figure 1.
Les figures 3, 4 et 5 représentent chacune plus en détail une
partie du tambour 11, avec les moyens conformes ~ l'invention
pour extraire le fil 12. Les figures 3 et 4 sont des coupes
effectu~es dans un plan passant par l'axe xx', la figure 5
' .
.
:
'0 92/13660 2 0 9 9 ~ 9 g P~r/FR92/0007~
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.
étant une vue de face, depuis 1'extérieur du tambour, cette
w e étant effectuée selon la flèche F des figures 2 à 4.
Sur les figures 3 et 4, l~extérieur du tambour 11 est
représenté par la lettre E. Le tambour 11 comporte une
plaque 13 sensiblement plane, perpendiculaire à l'axe xx' et
à laquelle est fixé un arbre 14 actionné par le moteur 15
pour entraîner le tambour 11 en rotation autour de 1~axe xx~
(figure 2). Le tambo~r 11 comporte une plaque 16, ayant la
forme générale d~un cylindre de révolution d~axe xx', et une
plaque 17, sensiblement parallèle à la plaque 13, en forme
générale de couronne d~axe xx' définissant une ouverture 18
disposée du côté de 1'extérieur E. Le tambour 11 comporte en
outre une plaque 19 interm~diaire, disposée entre les plaques
13 et 17, cette plaque 19 perpendiculaire à l'axe xx' et
sensiblement parallèle aux plaques 13 et 17 ayant
sensiblement la forme d~une couronne d~axe xx~. Dans les
coupes des figures 3 et 4, les extrémités 170 de la plaque 17
et 190 de la plaque 19 sont les plus proches de l~axe xx~, et
pratiquement toutes les deux à la même distance de l'axe xx'.
Lors de la rotation du tambour 11, les plaques 13, 17, 19
définissent deu~ zones 20, 21 où se trouve le liquide 9, la
zone 20 étant limitée par les plaques 13, 16, 19 et la zone
21, dirigée vers l'extérieur E, étant limitée par les plaques
16, 17, 19. Le fil 12 est formé dans la zone 21. La plaque 19
est percée d'ouvertures 22 à travers chacune desquelles passe
un poussoir 23. Un seul de ces poussoirs est représenté aux
figures 3 et 4. Ce poussoir 23 est constitué par une tige,
comportant une partie rectiligne 23A, pratiquement parallèle
à l~axe xx~, et deux extrémités rectilignes 23B, 23 C
parallèles entre elles et perpendiculaires à la partie 23A,
ces parties 23B, 23C étant pratiquement disposées dans un
plan contenant l~axe xx~. La partie 23B est disposée dans la
zone 20, et elle est au contact d~une came 24. La partie 23C
est disposée dans la zone 21. ~a disposition de tous les
poussoirs 23 est analogue à celle qui vient d~être décrite,
. .
. . . -
. : . . : : , . . . ~
.
W092/t3660 2 0 9 9 ~ ~ 8 PCT/FR92/0007~ ~
ces poussoirs étant répartis, de façon régulière, tout autour
du tambour 11.
. . .
La paroi interne 10 de la plaque 16 est au contact du
liquide 9. Dans la zone 20, cette paroi interne,
référencée 100, a la forme d'un cylindre de révolution
d'axe xx'. Dans la zone 21, la paroi interne 10 a une :
surface, référencée 101, au voisinage de la plaque 19, qui a
la forme d~un cylindre de révolution d~axe xx', et elle a une
surface latérale 102, au voisinage de la plaque 17, qui se
rapproche progressivement de l~axe xx~ lorsqu'on se dirige
vers l'ouverture 18, c~est-à-dire vers l'extérieur E du -
tambour 11. Cette surface latérale 102 a par exemple la forme
d~un cone d~axe xx', ce cone s'évasant en direction de la ~.
plaque 13. Le liquide 9 est plaqué contre les surfaces 100, : :
101, 102, par la force centrifuge, lors de la rotation du
tambour 11.
- ..
Dans les coupes des figures 3 et 4, les surfaces 101, 102
sont par exemple rectilignes et elles forment entre elles
l'angle a (figure 3).
.. . .
Le fil 12 est formé dans la zone 21 par refroidissement du
.. jet 7. Le contact du fil 12 avec la paroi 10 s'effectue sur
i la surface 101 au point 25 (figures 1 et 2). Pour faciliter
les échanges thermiques, les plaques 13, 16, 17, 19 sont par
exemple réalisées en métal. -
Les poussoirs 23 ont initialement une disposition telle que
: leur partie 23C, dans la zone 21, soit disposée au voisinage
i~ de la plaque 19. Lors de la rotation du tambour 11, chaque
:,~ poussoir 23 entrainé en rotation avec le tambour 11 et guidé
. par la came 24 se déplace vers la surface 102 en coulissant
dans une ouverture 22 de la plaque 19 et dans des rainures
26, 27 pratiquées dans la plaque 16, respectivement dans les
zones 20, 21. Lors de ce déplacement parallèle à l'axe xx' et
.:
;
; ~ ' . , , . ;i, .:
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schématisé par la flache F2 à la figure 3 llextrémité 23C
du poussoir 23 vient au contact du fil 12, et le pousse sur
la surface 101 pour l'amener au contact de la surface 102,
puis cette extrémité 23C pousse le fil 12 vers l~ouverture
18, de telle sorte que ce fil suive la surface latérale 102.
Le fil 12 parvient ainsi à l'ouverture 18 et, sous l'action
de la force centrifuge, il sort du tambour 11 en s'éloignant
de la surface latérale 102. La surface externe 17A de la
plaque 17 a par exemple une forme conique au voisinage de
l'extrémité 170, en se rapprochant de la plaque 13 quand on
se rapproche de l'axe xx' (figures 3 et 4), de façon à
faciliter cette sortie. Il est possible alors de recueillir
le fil 12, par exemple pour l'enrouler sur une bobine, le
dispositif 1 fonctionnant ainsi en continu. Les moyens
permettant d~enrouler le fil 12, hors du tambour 11, ne sont
pas représentés sur le dessin, dans un but de simplification.
La came 24 provoque ensuite le retour du poussoir 23 à sa
position initiale, l~extrémité 23C n~étant plus au contact du
fil 12, ce mouvement ~tant schématisé par la flèche F~ ~ la
figure 4. La figure 3 représente un poussoir 23 à sa position
initiale lorsque son extrémité 23C se trouve à proximité de
la plaque 19, et la figure 4 représente le même poussoir à sa
position finale, c'est-à-dire lorsque l'extrémité 23C est la
plus éloignée de la plaque 19 et se trouve au contact ou au
voisinage de la plaque 17. Les ouvertures 22 et les rainures
26, 27 servent à guider les poussoirs 23 lors de leurs
déplacements précédemment décrits, de telle sorte que leurs
parties rectilignes 23A restent pratiquement parallèles à
l'axe xx~, et que leurs parties rectilignes 23B, 23C restent
pratiquement radiales, c'est-à-dire pratiquement dans un plan
passant par l'axe xx', pour chaque poussoir, le nombre de ces
plans étant égal au nombre des ~oussoirs 23, les figures 3 et
4 étant effectuées selon un tel plan.
Chaque poussoir 23 effectue un cycle complet (départ de la
position initiale, et retour à la position initiale) pendant
. . .. - . - - .. . .- . , . ~ :
:: 2 ~ 9 ~
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- 8 -
, - , .
une rotation du tambour ll, la came 24 étant agencee pour que
lraction des poussoirs 23 sur le fil 12, pour le faire sortir
du tambour 11, s~effectue après le point 25, dans la
direction de rotation du tambour. I1 n~est pas nécessaire quie
la position du contact des poussoirs avec le fil 12 soit
déterminée avec une grande précision. Il suffit simplement
que le fil 12 soit ejecté du tambour 11 avant qu'il ait
effectué un tour complet dans le tambour. Le dispositif 1
peut donc fonctionner sans dispositif de détection du
point 25.
Le rôle de la zone 20 est simplement d~éviter d~employer des
dispositifs d~étanchéité pour les ouvertures 22 où coulissent
les poussoirs 23, le liquide 9 passant sans inconvénient de
la zone 20 à la zone 21, ou inversement, par les
ouvertures 22. Il est possible de se dispenser de l'emploi de
la zone 20 en prévoyant des garnitures d~étanchéité pour ces
ouvertures 22, de façon à eviter la sortie du liguide 9 hors
de la zone 21 tout en permettant le mouvement des poussoirs
23, mais cette solution est plus complexe que celle qui a été
décrite.
L'invention permet donc, de façon très simple, le
fonctionnement en continu du dispositif 1, sans qu'il y ait
de problème d'étanch~ité, et sans utiliser des dispositifs
magnétiques ou des dispositifs pour détecter la position du -~
fil 12.
. ..
Exemple de réalisation
,. .
., :
On réalise conform~ment à l'invention un fil en alliage
amorphe avec le dispositif 1 en utilisant les conditions
;: suivantes :
~ - nature de l'alliage i : alliage ~morphisable à base de fer,
:'
':
.
~ ' : . ' . . ', : '
., ~ . , : .
.:
:: `
'092/13660 2 ~ 9 9 4 ~ ~ PCT/FR92/0007~
g
de nickel, de silicum et de bore, la composition de
l~alliage etant environ la suivante (~ atomiques) :
Fe : 38 ; Ni : 40 ; Si : 10 ; B : 12 ;
- poids de cet alliage dans le réservoir 2 : 100 g ;
- température de fusion de l'alliage 4 : environ 1050C ; cet
alliage fondu est maintenu à une température de 1100C dans
le réservoir 2
- caractéristiques du dispositif 1 :
diamètre intérieur du tambour 11 (diamètre de la partie
cylindrique 101) : 480 mm ;
épaisseur de l~eau au contact de la partie 101 : 14 mm ;
valeur de : 150 ;
nombre de poussoirs 23 : 60 ;
vitesse de rotation du tambour : 350 tours/min ;
température de l'eau 9 : environ 6C ;
déplacement de chaque poussoir 23 selon l'axe xx' dans le
sens de la flèche F23 : 35 mm.
On fabrique en continu plusieurs centaines de mètres d'un fil
12 de diamètre 120 ~m, sans rupture du fil ; ce fil ayant une
résistance à la rupture de 2800 MPa et un allongement à la
rupture de 2 % environ.
Dans le dispositif 1, les poussoirs 23 étaient agencés de
telle sorte que leur partie rectiligne 23A soit disposée au
contact du liquide 9, à la fois dans les zones 20 et 21, les
ouvertures 22 étant elles aussi au contact de ce liquide.
, .
La figure 6 représente une partie du tambour ll d'un autre
dispositif 30 conforme à l'invention, cette figure 6 étant
une coupe effectuée de façon analogue aux figures 3 et 4. On
voit sur cette figure 6 que le poussoir 31 comporte une
partie rectiligne 3LA parallèle à 1'axe xx' et deux parties
rectilignes 3lB, 31C perpendiculaires ~ la partie 3lA et
pratiquement disposées dans un plan radial. La partie 3lA
coulisse dans 1'ouverture 32 de la plaque intermédiaire l9,
.'
- . . . - , .:
~ -
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. . ~ , , , " , ' '' ' ~:
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W092/l3660 2 & 9 9 4 9 ~ PCT/FR92/0007~-
-- 10 --
. . .
selon les flèches opposées F~1, F'31 parallèles à xx'.
L'ouverture 32 n'est pas au contact du liquide 9, les parties
31B, au contact de la came 24, et 31A se déplaçant ainsi sans
qu'elles soient au contact du liquide 9. Seule la partie 3lC,
destinée à pousser le fil 12 sur la surface 102, se trouve au
contact du liquide 9. Il n'y a donc pas de problème
d'étanchéité entre les zones 20, 21.
D'autre part, la rainure 26 devient inutile dans la zone 20
et il n'y a donc qu'une rainure 27, par poussoir 31, dans la
zone 21, ce qui simplifie la réalisation. La zone 20 peut
être ainsi dépourvue de liquide 9, si on le désire, pour
limiter le poids, ou elle peut comporter du liquide 9 qui `
sert alors de volant thermique. On peut même supprimer la
zone 20, la plaque 19 constituant par exemple la plaque 13.
L'i~vention n'est pas limitée à la réalisation de fils
métalliques amorphes. Elle s'applique à }a réalisation de
fi}s métalliques non amorphes, par exemple des fils ~ -
microcristallins, ou à la réalisation de fils non :-`
métalliques, par exemple des fils en matieres minérales ou
organiques.
Bien entendu, l'invention n'est pas }imitée aux exemp}es de
réalisation précédemment décrits. C'est ainsi par exemple que
le fil peut être mis, lors de son extrusion, au contact de la
surface latérale qui se rapproche progressivement de l'axe de
rotation, la paroi interne du tambour ayant par exemple une
forme gén~rale conique, sans partie cylindrique. On peut
d'autre part utiliser d'autres moyens que les poussoirs
précédemment décrits pour déplacer les fils, et on peut
utiliser plusieurs cames pour chaque dispositif, ou d'autres
moyens que des cames.
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